Máy giặt đang lấy nước thì ngắt cái rụp, và trong tường có tiếng cạch — đôi khi cả một tràng chạy dọc trần. Không ai gõ vào ống cả: thứ vừa đấm vào đường ống là chính cột nước bên trong nó.

Áp suất đo ngay tại van, theo thời gian; ống thép/đồng, c cố định 1 200 m/s. Đường ngang mảnh là áp tĩnh 3 bar; xung áp là cú búa, đảo dấu sau mỗi 2L/c và lặp với chu kỳ 4L/c — đó chính là tiếng "cạch cạch" trong tường. Kéo thanh thời gian khoá: chừng nào còn khoá nhanh hơn 2L/c thì đỉnh xung không nhúc nhích, vì sóng chưa kịp về báo tin. Dải ống phía dưới cho biết sóng chạy được bao xa trong lúc van đang đóng.

Nước không có phanh

Trong ống DN20, dòng 1,5 m/s là 28 lít mỗi phút — một vòi rửa mở hết. Van sập xuống, lớp nước sát van dừng trước và bị cả cột phía sau dồn tới; nước gần như không nén được, nên cái giá của việc dừng nó trả bằng áp suất. Định luật Joukowsky (1898) gọn đến mức bực mình:

Δp = ρ · c · Δv

c là tốc độ sóng áp trong hệ nước–ống: 1 200 m/s với ống thép hay đồng — tốc độ âm trong vật liệu hạ đi chút ít vì thành ống còn phình được. Thay số: 1 000 × 1 200 × 1,5 = 18 bar, tức 183,5 mét cột nước, gấp sáu lần áp lưới 3 bar; chồng lên áp tĩnh thành đỉnh 21 bar. Để ý cái gì mới thật sự nhanh ở đây: nước chỉ chậm đi 1,5 m/s, còn tin tức rằng van đã đóng thì phóng ngược về bể ở 4 320 km/h.

Không phải khoá mạnh, mà là khoá trong bao lâu

Cái van không biết ống dài bao nhiêu cho tới khi sóng chạy tới bể rồi dội về báo tin. Chuyến khứ hồi ấy mất 2L/c — ống 20 m: 33 mili-giây. Đóng xong trong 33 ms thì van chưa nhận được hồi âm nào: áp leo trọn 18 bar. Chậm hơn, sóng về kịp xả bớt, đỉnh tụt theo tỉ lệ 2L/c chia thời gian khoá: 50 ms còn 12 bar, 100 ms còn 6 bar, 200 ms còn 3 bar, nửa giây còn 1,2 bar.

Vòi vặn kiểu cũ cần cả giây mới bịt kín (0,6 bar — an toàn miễn phí); vòi gạt một cần hất phát là xong trong một phần mười giây (6 bar); van điện từ máy giặt đóng trong cỡ 20 mili-giây — nhanh hơn 2L/c của bất cứ đoạn ống nào dài quá 12 mét, nên gần như luôn ăn trọn suất Joukowsky. Búa nước trong nhà bạn hầu như luôn do một cái máy gây ra, không phải bàn tay.

Tiếng cạch trong tường là 15 nhịp mỗi giây

Xung áp không tắt ngay mà dội tới lui giữa van và bể như sóng trên sợi dây bị ghim đầu: van bịt kín, bể để ngỏ, phản xạ ngược dấu nhau — nên phải hai chuyến khứ hồi, 4L/c, áp mới về trạng thái cũ. Ống 20 m: 67 ms một vòng, tức 15 nhịp mỗi giây. Không phải một nốt nhạc mà là tràng gõ khô, tắt dần trong khoảng một giây.

Mỗi nhịp là cú đấm có thật: 18 bar nhân tiết diện DN20 cho 565 N, và ở khuỷu 90° hai lực vuông góc cộng vectơ thành 800 N — 82 kilôgam lực giật theo đường phân giác. Ống không nổ ngay; kẹp ống long dần, mối nối nứt vi mô, ba năm sau thấm trần.

Ống cụt cạnh vòi: 3 phần nghìn khí cắt cú búa còn một phần ba

Cách chữa không phải làm ống dày hơn mà là hạ c xuống. Khí ở 4 bar tuyệt đối dễ nén hơn nước gần 3 800 lần, nên chỉ chút khí lẫn vào là tốc độ sóng sụp đổ: 0,3% thể tích kéo c từ 1 200 xuống 407 m/s, Δp từ 18 xuống 6,1 bar.

Gom khí về một chỗ thì cơ chế đổi: không hạ c nữa mà làm lò xo nuốt phần thể tích thừa — đó là đoạn ống cụt bịt đầu, đấu chữ T vào nhánh cấp ngay trước van (bình tích áp chỉ là bản công nghiệp hoá). Túi khí ấy tan dần vào nước sau vài tháng, nên ống cụt hết khí là ống cụt vô dụng. Ống PPR thì giảm chấn bằng chính vật liệu: mô đun đàn hồi 0,9 GPa so với 200 GPa của thép, c chỉ quanh 375 m/s, cùng dòng nước ấy chỉ dựng nổi 5,6 bar.

Trường hợp biên: nửa chu kỳ âm, khi nước không chịu bị kéo

Công thức đối xứng: nửa vòng sau nó trừ đi đúng 18 bar. Áp tĩnh 3 bar tương đối là 4 bar tuyệt đối, trừ 18 ra −14 bar tuyệt đối — con số vô nghĩa. Chất lỏng không chịu kéo: đúng như cái trần 10 mét của mọi máy bơm hút, nước 20 °C bốc hơi ngay khi áp chạm 2,3 kPa. Cái xảy ra thật là cột nước tách đôi: túi hơi mở ra sát van, hai đoạn nước rời nhau rồi bị dồn va sập lại — cú va ấy có thể vượt Joukowsky. Công thức không chỉ sai ở đây, nó sai theo chiều khó chịu nhất: đoán thấp hơn thực tế đúng lúc thực tế mạnh nhất.

Đẩy phía ngược lại thì công thức vẫn đúng nhưng đổi vai. Cho 2% khí lẫn vào, c còn 167 m/s và Δp còn 2,5 bar — chỉ có điều 2L/c của ống 20 m đồng thời nở thành 0,24 giây, nên cú hất vòi gạt 0,1 giây từ chỗ bị cắt còn 6 bar nay rơi trọn vào vùng Joukowsky đầy đủ. Vùng ấy rộng ra gấp bảy đúng lúc cái “đầy đủ” teo còn một phần bảy. Còn vòi vặn cả giây thì khí chẳng đổi được gì: thay 2L/c vào công thức khoá chậm, c triệt tiêu sạch, còn Δp = 2ρLΔv / t, vẫn đúng 0,6 bar dù ống sạch khí hay đầy bọt. Cùng một tham số c vừa định cú đập mạnh cỡ nào, vừa định bạn có kịp tránh hay không.