静滞空化导致的灾难性破裂

一个流行的聚会戏法是向玻璃瓶中注满水，用手掌击打瓶口，导致瓶底破裂。我们利用高速摄像和加速度计调查了这种灾难性破裂的源头。仔细观察可知，击打瓶口引起的加速度之后，瓶底附近会形成气泡。近乎瞬时的加速度在瓶底产生了一个低压区，空化气泡在此形成。片刻之后，空化气泡以约等于形成速度 10 倍的速度溃灭，导致瓶子破裂。加速度计数据显示，瓶子是在气泡溃灭后破裂的，且气泡溃灭的幅度大于初始冲击。这段流体动力学视频强调，如果瓶子是空的或装满了碳酸流体，此戏法将不会生效，因为溶解在液体中的 CO2 会填充蒸汽气泡，阻止气泡溃灭。本文推导了一个修正的空化数，包含流体加速度 (a)、蒸汽压 (Pv) 和液柱深度 (h)，用于确定空化起始发生的时机。通过实验发现，当空化数小于 0.5 时会形成可见的空化气泡。基于修正空化数的实验表明，徒手打碎玻璃瓶的最简便方法是将其注满非碳酸、高蒸汽压的流体并用力击打。