Исследование, проведённое в Университете Бригама Янга, демонстрирует альтернативный метод для прогнозирования кавитации. Его можно использовать для того, чтобы лучше спрогнозировать формирование травм головного мозга, полученных в результате высокоскоростных и больших по силе воздействий.
Кавитация (от лат. cavita — пустота) – это процесс парообразования, после которого пузырьки пара схлопываются с одновременным конденсированием пара в потоке жидкости. Явление сопровождается шумом и гидравлическими ударами, образованием в жидкости полостей (кавитационных пузырьков или каверн), заполненных паром. Его прекрасно можно представить, вспомнив закипающий чайник.
Судя по многочисленным видеороликам на канале «YouTube», достаточно сильный удар по верхней части бутылки, наполненной жидкостью, может легко разрушить её дно. Применив к изучению этого феномена научный метод, учёные теперь надеются использовать новые знания, чтобы преуспеть в гораздо более серьёзном деле: исследовании мозга.
Работа инженеров из Университета Бригама Янга, Университета штата Юта и Токийского университета сельского хозяйства и технологий, опубликованная в PNAS, подробно рассказывает о том, что происходит, когда жидкость из состояния покоя – например, вода в бутылке – внезапно приводится в движение. Используя высокоскоростную съемку, команда показывает, как молниеносное ускорение вызывает в жидкости образование мелких пузырьков, после чего кавитационные пузыри быстро схлопываются, и это приводит к разрушительной ударной волне. В статье также содержится математическое описание в виде формул, которые точнее предсказывают момент возникновения кавитации.
Хотя это открытие непосредственно связано со многими промышленными процессами, которые прерываются кавитационно-индуцированным повреждением, имеются многочисленные доказательства, связывающие кавитацию с травмами мозга.
«Мозг окружен жидкостью, и если вы получаете какое-либо воздействие (например, удар), в этой жидкости с большой вероятностью происходит кавитация. И как только мы сможем точно предсказать, когда это произойдёт, мы сможем разработать более эффективные защитные устройства, чтобы предотвратить серьёзное повреждение головного мозга», — объясняет соавтор исследования Скотт Томсон (Scott Thomson), доцент кафедры машиностроения BYU.
Подобные защитные технологии будут полезны не только для спортсменов, но и в том числе для военных.
«Если взрывная волна выше определённой величины, мы можем сделать не так много, чтобы предотвратить черепно-мозговую травму солдата. Но, возможно, шлем получится разработать для того, чтобы выявить момент возникновения травмы. Тогда солдат сможет уйти с линии огня и спасётся от повторного воздействия взрыва, который может стать для него роковым», – отмечает автор исследования Тадд Траскотт (Tadd Truscott), доцент кафедры машиностроения в Университете штата Юта.
Текст: Инна Егорова