Сунгван Юнг, доцент кафедры биомедицинской инженерии и механики Инженерного колледжа, обнаружил новую информацию о явлении, называемом кавитацией, процессе образования пузырьков в жидкости, подобной воде.Эти пузырьки в конечном итоге схлопываются под давлением окружающей жидкости, посылая волны давления, которые могут повлиять на все, что находится поблизости. Например, креветки используют кавитационные пузыри для охоты, потому что волны могут убить небольшую рыбу.
Кавитационные пузыри также могут повредить гребные винты лодки, которые производят пузыри, когда они быстро рассекают воду, снижая давление. Но кавитация также имеет полезные медицинские и промышленные применения, например, дробление камней в почках и разрушение комков грязи во время обработки сточных вод.
В таких случаях затрагиваемые объекты намного больше, чем схлопывающийся пузырь. Кавитация могла бы иметь многообещающие применения и для более мелких частиц, но «есть много неизвестного о том, что происходит с мелкими частицами около пузыря», — сказал Юнг.
В исследовании Юнга, опубликованном 27 мая в журнале Physical Review Letters, исследуется влияние кавитации на близлежащие частицы, размер которых примерно равен размеру самого пузыря, что может быть полезно для производства чистящих веществ без использования химикатов.Кавитационные пузыри могут быть созданы либо понижением давления, как гребной винт лодки, либо повышением температуры, как в кастрюле с кипящей водой.
В экспериментах Юнга использовалось локализованное тепло для изучения того, что происходит, когда пузырь лопается рядом с частицей. Тонкие проволочки генерировали искру возле частицы, подвешенной на стержне. Искра нагревает жидкость, создавая кавитационный пузырь, который в конечном итоге лопается.Юнг контролировал весь процесс, который занимал менее трех миллисекунд, с помощью высокоскоростной видеокамеры.
На видеозаписи было видно, что частица двигалась к лопнувшему пузырю.«Когда пузырь схлопывается, он переносит весь материал поблизости; это похоже на черную дыру», — сказал Юнг.Насколько сильно частица притягивается к месту кавитации, зависит от размера частицы (более мелкие частицы движутся быстрее) и ее начального расстояния от пузыря.
Высокоскоростная камера зафиксировала еще один эффект. Первичный пузырь превращается в облако микропузырьков, которые, кажется, ударяют приближающуюся частицу.Бомбардировка — результат асимметричного схлопывания пузыря.
Сторона пузыря, находящаяся в стороне от частицы, где много лишней жидкости, схлопывается быстрее. Это толкает брызги крошечных пузырьков к частице, но существенно не прерывает движение частицы к схлопнувшемуся пузырю.Поскольку кавитация притягивает мелкие частицы, Юнг предполагает, что ее можно использовать в качестве метода очистки сельскохозяйственных продуктов без использования химических агентов.
Маленькие пузырьки могут увести микробы и грязь с продуктов, не повреждая поверхность нежных фруктов, таких как помидоры и клубника.Исследования Юнга в области гидродинамики также исследовали капиллярное действие, которое позволяет червям цепляться друг за друга, а кошкам и собакам — механизм питья, бросающий вызов гравитации.