Een populair wetenschappelijk experiment in de achtertuin leidde een team van vloeistofdynamica-experts naar een nieuwe wiskundige formule die cavitatie en de schadelijke effecten ervan nauwkeuriger voorspelt.

Een veelvoorkomende boosdoener bij beschadigde waterleidingen en scheepsschroeven, cavitatie is de vorming en ineenstorting van gasbellen die zich in vloeistoffen vormen. Cavitatie kan ook optreden in een glazen fles met lange hals. Het slaan van de bovenkant van een met vloeistof gevulde fles, bijvoorbeeld, kan zijn bodem verbrijzelen, waardoor wetenschappers dorstig zijn naar antwoorden.

Nu elimineren onderzoekers het mysterie van door versnelling veroorzaakte cavitatie met een nieuw gepubliceerde studie en wiskundige vergelijking die aantoont dat versnelling van een vloeistof cavitatie kan veroorzaken. Hun bevindingen werden op 24 juli gepubliceerd in de Proceedings van de National Academy of Sciences .

"Als je zoekt naar antwoorden achter de truc met het breken van flessen, je krijgt een verscheidenheid aan theorieën, " zei Dr. Tadd Truscott, een universitair hoofddocent werktuigbouwkunde aan de Utah State University en hoofdonderzoeker bij het Splash Lab van de school. "Sommigen beweren dat je hand lucht in de fles duwt, waardoor de fles onder druk komt te staan ​​en de fles sluit, de bodem dwingen om eruit te blazen. Dit is niet het geval."

Truscott zegt dat energie van een impulsieve kracht op de fles wordt overgebracht naar de vloeistof en een daling van de statische druk veroorzaakt. Wanneer de druk daalt, een vloeistof kan bij een veel lagere temperatuur koken, waardoor de dampbellen ontstaan ​​die zich in de fles vormen. Wanneer de interne druk gelijk wordt, de cavitatiebellen storten in kleine maar hevige schokgolven in elkaar. "In staat zijn om het begin van cavitatie te voorspellen, zou in veel toepassingen zeer waardevol zijn, " voegde Truscott toe. "Cavitatie door vloeistofversnelling vindt plaats in ondergrondse leidingen en kleppen, scheepsschroeven; zelfs sommige hersenletsels zijn het gevolg van door versnelling veroorzaakte cavitatie."

Maar de traditionele cavitatieformule die decennialang in natuurkundelessen wordt gebruikt, voorspelt vaak onjuist het begin van cavitatie in vloeistoffen die in een zeer korte tijd worden versneld.

"De traditionele formule zou ons vertellen dat cavitatie niet optreedt door met je handpalm tegen de bovenkant van een fles te slaan, " voegde Truscott toe. "Maar de ervaring leert ons anders. De fles zal meestal versplinteren, en nu hebben we fotografisch bewijs van cavitatiebellen die zich vormen nabij de bodem van de fles en hun daaropvolgende instorting en schokgolven. Dit vertelt ons dat het conventionele cavitatienummer niet altijd correct werkt."

Truscott en zijn team - bestaande uit onderzoekers van USU, Tokyo University of Agriculture and Technology en Brigham Young University - hebben een nieuwe vergelijking bedacht die rekening houdt met de diepte en de versnelling van een vloeistof. Onderzoekers in Japan en Utah voerden vergelijkbare cavitatie-experimenten uit en kregen identieke resultaten. De groep zegt dat hun nieuwe vergelijking de fysica van het begin van cavitatie correct definieert.