Американские инженеры создали на основе африканского музыкального инструмента калимба устройство, позволяющее измерять плотность жидкости с точностью 0,012 грамма на миллилитр. Это устройство можно использовать для выявления загрязненной воды или обнаружения токсичных жидкостей, рассказывают авторы в журнале ACS Omega.

Калимба представляет собой музыкальный инструмент, состоящий из деревянной пластины или полого деревянного резонатора, на котором с помощью двух металлических труб или пластин закреплены металлические язычки разной длины и ширины. Для извлечения звука из калимбы язычок отгибают или наоборот нажимают и отпускают. Высота тона зависит от частоты колебаний каждого язычка, которая в свою очередь обусловлена пятью параметрами, в том числе размером язычка и его плотностью.

Уильям Гровер (William Grover) и его коллеги из Калифорнийского университета в Риверсайде нашли способ использовать это свойство для измерения плотности жидкостей. Для этого они модифицировали калимбу, оставив исходную конструкцию крепления язычков, но заменив сами язычки на полую металлическую трубку, которая изогнута посередине и закреплена обоими концами. Принцип действия прибора основан на том, что при вливании в трубку жидкости общая плотность язычка меняется, что приводит к изменению высоты звука. Поскольку все влияющие на звук параметры, кроме плотности, известны и не меняются, для калибровки инструмента нужно провести несколько измерений частоты с находящимися внутри жидкостями известной плотности.

Настоящая калимба и созданный инженерами инструмент. Heran Bhakta et al. / ACS Omega, 2018

Инженеры провели тесты на нескольких растворах соли (NaCl) с различными концентрациями. Благодаря этому они получили калибровочную постоянную, позволяющую рассчитывать плотность находящегося в трубке материала по частоте звука. Разработчики создали сайт, на котором пользователь может загрузить аудиозаписи звучания калимбы с жидкостью в трубке и получить рассчитанное значение плотности.

В качестве примера использования инструмента инженеры показали, что с его помощью можно различать внешне похожие глицерин и токсичный для человека диэтиленгликоль. Кроме того, исследователи отмечают, что по высоте звука можно очень точно измерять длину самой трубки. Они не проводили экспериментальную проверку, но расчеты показали, что точность измерения с помощью созданной ими калимбы может достигать 24 микрометров, что сопоставимо размерами клеток крови. В будущем ученые намерены создать на базе этого эффекта и сверхточную линейку.

Ранее корейские инженеры научили смартфон распознавать предметы по звуку, возникающему при столкновении с ними. Разработчики предложили использовать это для запуска соответствующих функций и приложений, к примеру, фитнес-трекера при стуке о велосипед.

Григорий Копиев