Почему при открытых окнах в машине появляется странный звук

Что будет если во время движения немного приоткрыть окно?

Вы когда-нибудь замечали, что если во время движения машины немного приоткрыть, например, заднее окно то может появиться ужасно раздражающий звук. Вы задумывались почему обычно раздражающий звук появляется если только немного приоткрыть окно в автомобиле, тогда как если опустить окно ниже звук сразу исчезает?

Этот раздражающий звук отличается по тону звучания, что соответственно зависит от формы кузова. В каких-то автомобилях звук не сильно раздражает, в каких-то напротив может быть невыносим. Но самое интересное что как правило, приоткрыв окно звук может появиться на всех современных автомобилях. По сути этот звук что-то среднее между звуком и ритмичным давлением воздуха. То есть звук похож на ритмичную вибрацию. Чаще всего это очень сильно раздражает наши органы слуха.

Также наверняка вы замечали, что подобный хлопающий звук при открытым окне слышен только при определенной скорости движения машины. То есть снизив или увеличить скорость автомобиля звук может пропасть. Но теперь вопрос: почему так происходит? Откуда берется этот противный звук во время движения?

Для того чтобы узнать причину возникновения неприятного звука в машине в случае если приоткрыть немного окно, нужно обратиться к науке. Конечно ко всем любимой физике.

Так что же это за хлопающий звук? Оказывается, когда мы вовремя движения открываем немного окно то потоки воздуха за окном создают этот противный звук точно также как это, делает воздух, проходящий через горлышко бутылки.

Наверняка вы слышали, как может гудеть пустая бутылка если подуть с боку на ее горлышко.

Но почему образуется неприятный гул? Все дело в том, что воздух проходящий через небольшое отверстие (в нашем случае проходит через приоткрытое окно) образует крошечное торнадо в тот момент, когда поток воздуха проходит мимо передней кромки стекла. Когда микро смерч (или вихрь) попадает в салон машины он повышает давление внутри, чем создает обратную волну потока воздуха. В результате повышенное давление внутри салона начинает выталкивать воздух из автомобиля. Поскольку звук- это волна колебания внешней среды, то естественно мы слышим шум.

Если вы движетесь на машине медленно, то вряд ли услышите этот звук. Но если вы разгонитесь побыстрее, то шум достигнет резонансной точки, за счет того, что в салон будет резко поступать большое количество воздуха, резко увеличивая давление внутри автомобиля. Это в свою очередь начнет выталкивать со звуком воздух из салона машины.

В науке, кстати, есть для этого явления технический термин. Называется этот эффект резонанс Гельмгольца.

Еще в 1850-х годах ученый Герман фон Гельмгольц показал, что когда воздух нагнетается в любую полость, то давление в ней начинает возрастать. Далее, когда внешняя сила нагнетающая воздух в полость ослабевает или исчезает полностью, то повышенное давление в ней начинает выталкивать воздух обратно. В итоге давление в полости и снаружи сравняется, но тем не менее воздух все равно продолжит выходить из полости наружу.

Но как только давление в полости снова станет меньше чем во внешней среде воздух снова начнет резко поступать в полость.

В итоге этот цикл будет повторяться с затухающей амплитудой. Цикл будет зависеть от формы полости. Если внешняя сила будет возникать и исчезать с частотой равной собственной частоте полости, то возникает резонанс. То есть колебания воздуха, образующие звук, не будут прекращаться. Что мы как раз и слышим в машине в случае открытого окна при движении на определенной скорости.

Соответственно от объема полости будет зависеть тон звука. Например, если подуть на горлышко бутылке, то мы можем получить средней по тональности звук. Но так как салон машины может вмещать достаточное количество воздуха, то при определенных условиях образуется низкое тоновое звучание.

Кстати если вы думаете, что сможете избавиться от этого звука небольшим увеличением скорости движения, то вы ошибаетесь. Чтобы избавиться от шума с открытым окном, вы должны существенно увеличить скорость машины. Но это возможно не избавит вас на 100 процентов от неприятного звука. Ведь на самом деле этот звук по сути уже не резонанс, а самый пик амплитуды колебаний воздуха. Соответственно если мы немного прибавим скорость, то звук может не исчезнуть, а лишь изменить тоновое звучание. Да, если вы существенно увеличите скорость, то вы конечно полностью избавитесь от хлопков воздуха, но тогда вы возможно рискуете получить штраф за превышение скорости. Поэтому если вы немного приоткрыли окно в машине и вас начал раздражать резонансный шум потоков воздуха, то лучше либо немного приоткрыть еще одно окно, либо полностью закрыть все окна. Также как один из вариантов решение этой проблемы- это открыть окно еще больше. Но опять же этот способ актуален только в теплое время года.

Кстати чаще всего проблема хлопающего звука наблюдается в новых современных автомобилях. В более старых транспортных средствах появление подобного звука менее вероятно. Почему же открывание окна приводит к появлению неприятного хлопающего шума чаще всего в современных автомобилях?

Все дело в том, что все современные автомобили стали более аэродинамичными по сравнению со своими более квадратными предшественниками.

Автопроизводители уже долгое время пытаются максимально снизить расход топлива в автомобилях. Для этого автомобильные компании проектируют современные автомобили, которые имеют более гладкие формы кузова, что позволило существенно снизить аэродинамическое сопротивление воздуха, влияющее на экономичность. В результате более аэродинамичной формы и линии, кузова более эффективно отводят потоки воздуха снижая нагрузку на двигатель во время движения, что соответственно позволяет существенно сократить расход топлива.

В итоге часть потоков воздуха теперь отводится по бокам автомобиля, где находятся окна, при открывании которых по бокам машины начинают создаваться мини вихри, которые образуются из-за избыточного давления потоков воздуха проходящих по бокам машины.

Ведь при движении вперед лобовое стекло машины сталкивается с потоками воздуха, которые расходятся по бокам машины. В результате воздух по бокам как бы сжимает автомобиль с двух сторон. В итоге если немного приоткроете окно автомобиля, то воздух под большим давлением начнет поступать в салон создавая повышенное давление внутри машины.