这种虾能像枪一样击伤猎物,其背后原理竟然

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一点都不宁静的海洋里充斥着各种各样的动物声音,它们甚至可以破坏潜艇的声波传输。很多这样的声音由一种特别不起眼的生物发出的,它们就是枪虾。它们通过猛夹自己的虾钳,来发出特别的声音。这些声音不仅可以用来交流,还有致命的杀伤力。

当虾钳合上时,此时水流非常快,它会产生气穴气泡。当气泡破裂时,会产生极快的气流击伤远处的猎物,就像用枪射出子弹一样。那么,这背后到底是什么科学道理呢?

蒸汽压

我们通过观察可以知道,液体和大气接触时会蒸发。当液体表面的分子获得足够的动能时,它就会脱离其它液体分子的束缚而飞向大气中,这样我们就能看到液体体积的减少。例如,下过雨的街道,过了一段时间后我们会发现路上的雨水不见了。基本上,所有的液体与大气接触都会挥发,而这其中的工程概念与蒸汽压有关。

其实不仅仅是液体表面的分子会逃逸到大气中,大气中的分子也会重新融入到液体表面,一定时间之后两者会达到平衡。平衡时,这些气态分子所产生的压强也就是蒸汽压。

温度对蒸汽压的影响非常大,当液体温度上升时,蒸汽压会变大。当蒸汽压和周围大气压相等的时候,液体就会开始沸腾。因此,我们知道要让液体沸腾有两种方法,第一种是提高液体温度,第二种是降低周围环境的压强。例如,在飞机上气压较低,只要八十多摄氏度就能让水沸腾。

气穴现象

这是机械工程师研究的一种重要现象。根据伯努利定律,流速越快压力越低。当液体的流速太快以至于周围压力低于这一液体的蒸汽压时,那么就会有沸腾现象。我们就会看到液体的立刻蒸发,这一现象我们称为气穴。

气穴是指压强低于液体的蒸汽压,导致液体在流动的同时产生气泡。随着这些气泡移动到液体中的其他地区,在巨大压力的作用下气泡破裂。而气泡破裂的形状改变会产生如同高速喷射机一样的效果,从而破坏像钢铁一样坚硬的材料。比如,水下螺旋桨附近会发生气穴现象,从而破坏螺旋桨的结构。因此,工程师在设计螺旋桨时应该考虑要使气穴现象尽可能不发生,要确定适合的操作速度。

应用

然而,聪明的工程师已经找到一些途径来有效地控制并运用气穴现象来解决一些问题。在化学工程学中,气穴现象和之后的气泡破裂这个过程可以用来混合、均化或者破坏悬浮颗粒。这在水净化中也非常有用,气泡破裂时产生的高速气流可以分解水中的一些污染物。

在清洗领域,气泡的破裂可以使污渍松动。例如,眼镜店里的超声波清洗机。还有波音飞机上的液压系统,它利用气体的加压,来抑制气穴现象的产生,以防止液压油产生的气泡堵塞液压管路。




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