“我把更多的力量投入到我的聲音中,現在火焰熄滅了,”愛爾蘭科學家約翰·丁達爾在1857年寫下了他用聲音和火焰進行的實驗。無數的公開演示和一些實驗室測試之後,研究人員仍然在努力確定聲音究竟是如何熄滅火焰的。
聲音以波的形式傳播,波只是介質(無論是固體、液體還是氣體)中壓力的變化。來自振動物體(如揚聲器振膜)的能量,以高壓區和低壓區交替出現的模式,在空氣中從一個粒子移動到另一個粒子,我們將其感知為聲音。根據理想氣體定律,溫度、壓力和體積是相關的;因此,壓力的降低會導致溫度相應降低,這或許可以解釋聲音是如何滅火的。
2004年,德米特里·普拉克斯和他在西佐治亞大學的幾位同學測試了聲波是否可以撲滅火災,希望利用聲音來撲滅航天器上的火焰。影片 他們在一個頂部敞開的大腔室中放置了一根蠟燭,牆壁上連線著三個低音揚聲器。蠟燭點燃後,透過低音炮播放加拿大搖滾樂隊 Nickelback 的“How you remind me”。根據2005年發表在美國聲學學會雜誌上的結果,大約10秒後,一旦歌曲達到一個低音符,火焰就熄滅了。
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“我們不確切知道發生了什麼,”普拉克斯說,他現在是佐治亞理工學院的學生。
田納西州孟菲斯市羅德學院的物理學家詹姆斯·埃斯皮諾薩是該學生團隊的前任顧問,他指出,蠟燭沒有耗盡氧氣來助燃,因為腔室很大並且向空氣開放。他也不認為風(實際上會用較冷的空氣取代蠟燭周圍的暖空氣)熄滅了火,儘管只有高解析度的熱影像才能驗證這一點。
還有另一個跡象表明火不是被風熄滅的:頻率(聲波的連續波峰透過固定點所需的時間)。 “在某些特定頻率下,蠟燭火焰會熄滅,”埃斯皮諾薩指出。學生們測試了從5赫茲到幾百赫茲的頻率範圍。他們發現有效範圍在 40 到 50 赫茲之間,在人類聽覺範圍內。
普拉克斯推測,聲波產生的壓力下降是火焰熄滅的原因。美國宇航局克利夫蘭格倫研究中心的消防技術專案經理加里·拉夫對此表示贊同:如果聲波中高壓峰值和低壓谷值之間的差異足夠大,火焰就會熄滅。
埃斯皮諾薩認為,這種聲學滅火可能在太空中非常有用。“不必使用水或有毒氣體對宇宙飛船來說是一個巨大的好處,”他說。但是拉夫和美國宇航局對此並不認同:產生聲波來滅火需要電力,宇航員還必須能夠看到火焰才能將聲波對準它們。“[我們正在]尋找一個非常可靠的獨立系統,”拉夫說,例如化學滅火器。
儘管如此,明年夏天,埃斯皮諾薩將嘗試用一個更小的揚聲器系統來撲滅更大的火焰。他計劃使用電弧(電流在兩個電極之間的空氣中傳播),而不是使用低音炮的振動膜,就像焊接時使用的那樣。這種火花會產生衝擊波,可以使用聲波喇叭聚焦,從而可以將一系列這樣的波對準火源。
埃斯皮諾薩說,這樣的系統可能在地球上用於撲滅那些因噴水系統而可能被水損壞的場所的火災,例如收藏著珍貴藝術品的博物館,或者擁有資料伺服器或其他電氣裝置的中心。“聲音被用來切割金屬碎片,摧毀腎結石,”他補充道。“它能做的比人們認為的要多,”顯然包括滅火。