Un popular experimento científico en el patio trasero llevó a un equipo de expertos en dinámica de fluidos a una nueva fórmula matemática que predice con mayor precisión la cavitación y sus efectos dañinos.

Un culpable común de las tuberías de agua dañadas y las hélices de los barcos, La cavitación es la formación y colapso de burbujas gaseosas que se forman en los fluidos. La cavitación también puede ocurrir dentro de una botella de vidrio de cuello largo. Golpear la parte superior de una botella llena de líquido, por ejemplo, puede romper su fondo, dejando a los científicos sedientos de respuestas.

Ahora los investigadores están eliminando el misterio de la cavitación inducida por la aceleración con un estudio recientemente publicado y una ecuación matemática que demuestra que la aceleración de un fluido puede causar cavitación. Sus hallazgos fueron publicados el 24 de julio en la procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias .

"Si busca respuestas detrás del truco de la botella rota, obtendrá una variedad de teorías, "dijo el Dr. Tadd Truscott, profesor asociado de ingeniería mecánica en la Universidad Estatal de Utah e investigador principal del Splash Lab de la escuela. "Algunos afirman que su mano fuerza el aire dentro de la botella, lo que la presuriza y la cierra herméticamente. obligando a la parte inferior a explotar. Este no es el caso."

Truscott dice que la energía de una fuerza impulsiva en la botella se transfiere al fluido y provoca una caída en su presión estática. Cuando la presión cae, un líquido puede hervir a una temperatura mucho más baja, dando lugar a las burbujas de vapor que se forman en el interior de la botella. Cuando las presiones internas se igualan, las burbujas de cavitación colapsan en ondas de choque diminutas pero violentas. "Ser capaz de predecir el inicio de la cavitación sería extremadamente valioso en muchas aplicaciones, ", Agregó Truscott." La cavitación por la aceleración del fluido ocurre en tuberías y válvulas subterráneas, hélices marinas; incluso algunas lesiones cerebrales son el resultado de la cavitación inducida por la aceleración ".

Pero la fórmula de cavitación tradicional utilizada durante décadas en las aulas de física a menudo predice incorrectamente el inicio de la cavitación en fluidos acelerados durante un período de tiempo muy corto.

"La fórmula tradicional nos diría que la cavitación no ocurrirá golpeando la palma de la mano contra la parte superior de una botella, ", Agregó Truscott." Pero la experiencia nos dice lo contrario. La botella generalmente se romperá, y ahora tenemos evidencia fotográfica de la formación de burbujas de cavitación cerca del fondo de la botella y su posterior colapso y ondas de choque. Esto nos dice que el número de cavitación convencional no siempre funciona correctamente ".

Truscott y su equipo, compuesto por investigadores de la USU, La Universidad de Agricultura y Tecnología de Tokio y la Universidad Brigham Young han ideado una nueva ecuación que considera la profundidad de un fluido y su aceleración. Investigadores de Japón y Utah realizaron experimentos de cavitación similares y obtuvieron resultados idénticos. El grupo dice que su nueva ecuación define correctamente la física del inicio de la cavitación.