Um experimento científico de quintal popular levou uma equipe de especialistas em dinâmica de fluidos a uma nova fórmula matemática que prevê com mais precisão a cavitação e seus efeitos prejudiciais.

Um culpado comum em canos de água e hélices de navios danificados, cavitação é a formação e colapso de bolhas gasosas que se formam nos fluidos. A cavitação também pode ocorrer dentro de uma garrafa de vidro longneck. Batendo no topo de uma garrafa cheia de líquido, por exemplo, pode quebrar seu fundo, deixando os cientistas sedentos por respostas.

Agora, os pesquisadores estão eliminando o mistério da cavitação induzida por aceleração com um estudo recém-publicado e uma equação matemática que prova que a aceleração de um fluido pode causar cavitação. Suas descobertas foram publicadas em 24 de julho no Proceedings of the National Academy of Sciences .

"Se você busca respostas por trás do truque de quebrar a garrafa, você terá uma variedade de teorias, "disse o Dr. Tadd Truscott, professor associado de engenharia mecânica na Universidade do Estado de Utah e pesquisador-chefe do Laboratório Splash da escola. "Alguns afirmam que sua mão força o ar para dentro da garrafa, pressurizando-a e fechando-a, forçando o fundo a explodir. Este não é o caso."

Truscott diz que a energia de uma força impulsiva na garrafa é transferida para o fluido e causa uma queda em sua pressão estática. Quando a pressão cai, um fluido pode ferver a uma temperatura muito mais baixa, dando origem às bolhas de vapor que se formam no interior da garrafa. Quando as pressões internas se igualam, as bolhas de cavitação colapsam em ondas de choque minúsculas, mas violentas. "Ser capaz de prever o início da cavitação seria extremamente valioso em muitas aplicações, "Truscott acrescentou." A cavitação da aceleração do fluido acontece em tubos e válvulas subterrâneas, hélices marinhas; até mesmo algumas lesões cerebrais são o resultado de cavitação induzida por aceleração. "

Mas a fórmula tradicional de cavitação usada por décadas em salas de aula de física muitas vezes prediz incorretamente o início da cavitação em fluidos acelerada em um período muito curto de tempo.

"A fórmula tradicional nos diria que a cavitação não acontecerá batendo a palma da mão contra o topo de uma garrafa, "Truscott acrescentou." Mas a experiência nos diz o contrário. A garrafa geralmente vai quebrar, e agora temos evidências fotográficas de bolhas de cavitação se formando perto do fundo da garrafa e seu colapso subsequente e ondas de choque. Isso nos diz que o número de cavitação convencional nem sempre funciona corretamente. "

Truscott e sua equipe - composta por pesquisadores da USU, A Universidade de Agricultura e Tecnologia de Tóquio e a Universidade Brigham Young - desenvolveram uma nova equação que considera a profundidade de um fluido e sua aceleração. Pesquisadores no Japão e em Utah conduziram experimentos de cavitação semelhantes e obtiveram resultados idênticos. O grupo diz que sua nova equação define corretamente a física do início da cavitação.