Une expérience scientifique populaire dans l'arrière-cour a conduit une équipe d'experts en dynamique des fluides à une nouvelle formule mathématique qui prédit avec plus de précision la cavitation et ses effets dommageables.

Un coupable commun dans les conduites d'eau endommagées et les hélices de navires, la cavitation est la formation et l'effondrement de bulles gazeuses qui se forment dans les fluides. La cavitation peut également se produire à l'intérieur d'une bouteille en verre à col long. Frapper le haut d'une bouteille remplie de liquide, par exemple, peut briser son fond, laissant les scientifiques assoiffés de réponses.

Maintenant, les chercheurs éliminent le mystère de la cavitation induite par l'accélération avec une étude et une équation mathématique récemment publiées qui prouvent que l'accélération d'un fluide peut provoquer la cavitation. Leurs conclusions ont été publiées le 24 juillet dans le Actes de l'Académie nationale des sciences .

"Si vous cherchez des réponses derrière le truc de la bouteille cassée, vous obtiendrez une variété de théories, " a déclaré le Dr Tadd Truscott, professeur agrégé de génie mécanique à l'Utah State University et chercheur principal au Splash Lab de l'école. "Certains prétendent que votre main force l'air dans la bouteille qui la pressurise et la ferme hermétiquement, forçant le fond à souffler. Ce n'est pas le cas."

Truscott dit que l'énergie d'une force impulsive sur la bouteille se transfère au fluide et provoque une chute de sa pression statique. Lorsque la pression chute, un fluide peut bouillir à une température beaucoup plus basse, donnant naissance aux bulles de vapeur qui se forment à l'intérieur de la bouteille. Lorsque les pressions internes s'égalisent, les bulles de cavitation s'effondrent en de minuscules mais violentes ondes de choc. « Pouvoir prédire le début de la cavitation serait extrêmement précieux dans de nombreuses applications, " Truscott a ajouté. " La cavitation due à l'accélération du fluide se produit dans les tuyaux et les vannes souterrains, hélices marines; même certaines lésions cérébrales sont le résultat d'une cavitation induite par l'accélération."

Mais la formule de cavitation traditionnelle utilisée pendant des décennies dans les classes de physique prédit souvent à tort l'apparition de la cavitation dans les fluides accélérée sur une très courte période de temps.

"La formule traditionnelle nous dirait que la cavitation ne se produira pas en frappant votre paume contre le haut d'une bouteille, " Truscott a ajouté. " Mais l'expérience nous dit le contraire. La bouteille se brisera généralement, et maintenant nous avons des preuves photographiques de la formation de bulles de cavitation près du fond de la bouteille et de leur effondrement et ondes de choc qui en découlent. Cela nous indique que le nombre de cavitation conventionnel ne fonctionne pas toujours correctement."

Truscott et son équipe - composée de chercheurs de l'USU, L'Université d'agriculture et de technologie de Tokyo et l'Université Brigham Young - ont mis au point une nouvelle équation qui prend en compte la profondeur d'un fluide et son accélération. Des chercheurs du Japon et de l'Utah ont mené des expériences de cavitation similaires et ont obtenu des résultats identiques. Le groupe affirme que leur nouvelle équation définit correctement la physique de l'apparition de la cavitation.