气泡能砸碎石头吗？科学家：能量大得超乎想象

即可以轻如鸿毛，又可以重如铅球，这就是本文要跟您介绍的气泡。你一定会很好奇，日常生活中见到的泡泡，不论是孩子吹出来的肥皂泡、洗衣机中的泡沫、浪花中的泡沫……都是不堪一击的，重如铅球的泡泡是怎么回事呢？

一、泡泡的能量来源——振动

抓一把食盐颗粒撒在振动的铝板上，会形成一圈一圈的同心圆图案。提高铝板的振动频率，食盐颗粒就会移动自己的位置。继续提高振动频率，食盐颗粒组成的图案就会越来越复杂。声音在铝板中的传播，给食盐颗粒带来了能量。

大家都知道，人耳能听到的声音范围是20~20,000赫兹，低于20赫兹的叫做次声波，超过20,000赫兹的叫做超声波。蝴蝶翅膀大约每秒扇动5~6次，频率太低，所以我们听不到；但是苍蝇、蚊子翅膀扇动的声音我们就很容易听到，因为它们扇动翅膀的频率每秒几百次。

某些动物是可以发出超声波的，比如蝙蝠、鲸鱼、海豚、大象等等。有科学家研究发现，其实大象是很爱说话的，只是它们都是用超声波交流，所以咱们听不到。超声波就是本文要说的铅球一样泡泡的能量来源

二、超声波在介质（液体）中的物理效应

既然超声波的声音是听不到的，为什么家里的超声波洗碗机还会发出“滋滋”的声音呢？

首先是声流效应。就是说，超声波在液体中传播的时候可以推动液体产生流动，频率越高流动速度越快。有一种水泵就是利用这个原理制造的。

其次是振动。超声波可以让液体发生振动，洗碗机就是利用液体的高速振动和剪切效应制作的。

再次是热效应。由于超声振动是一种机械振动，所以这种振动最终都会变成分子无规则的热运动，变成热能耗散掉。

第四是空化效应。这种效应就是文章在开头的时候说的铅球那样的泡泡的成因。洗碗机中发出“滋滋”的声音就是这些小泡泡发出来的，就是这些发出“滋滋”声音的小泡泡起到了清洁去污的作用。

三、空化效应的物理过程

超声波在液体中传播的过程中，液体内部的压力会发生周期性变化，在低压区中会产生小泡泡，当低压区变成高压区，这些小泡泡会随着压力增加而变小，这种泡泡的形变会带来射流，同时释放出冲击波。

那些附着在容器壁上的小泡泡，由于周围液体的动量不均衡，会在泡泡顶部形成一个凹陷，同时形成一个穿透液体内部的高速射流打在容器壁上。

洗碗机的工作过程就是这样，这些贴附在餐具表面上的小气泡，不停地沿着表面游走，并且以每秒几万次的频率用射流冲击餐具表面。

四、空化效应是一种微型的爆炸

你可能会以为，一个洗碗机的能量能有多大，这些小泡泡一定也不过如此。如果您真的这么想，那就是大错特错了。

由于超声波的频率很高，这些小气泡的体积变化是非常快的，这就导致了气泡能量是高度集中释放的。在这些小泡泡的内部，会形成几千摄氏度的高温和几千个大气压的压力，同时释放出强烈的冲击波和高速的微射流。

五、空化效应的应用

前面的洗碗机是一个典型的应用，但这些小泡泡的用途不止于此。由于小泡泡内部是一个极端的物理环境，科学家们可以把小泡泡作为一些特殊的化学反应的容器。那些在常温常压下不能或者是不易发生的化学反应都可以在这个小容器内发生。这为化学家们开辟了一个非常广阔的应用空间。

六、这些空化效应需要避免

有时候，空化效应也会带来一些负面的作用。比如船舶推进的螺旋桨，当船舶前进时，螺旋桨需要高速旋转，这个时候，就会在螺旋桨叶片的背面和叶梢部分产生大量的气泡。

与洗碗机中发生的情况类似，这些小气泡产生的高速微射流就会冲击螺旋桨的叶片，这就是我们经常可以在螺旋桨的边缘看到很多蚀坑的原因，其实这些坑并不是化学腐蚀造成的。

一种威力巨大的空化效应经常在水坝出现。很多水坝的泄洪洞前面都会有一个巨大的蚀坑，这些坑也都是由这些小水泡造成的。

结束语

小泡泡的物理学原理就介绍完了，您一定搞明白本文标题中的那个问题了吧，小小的气泡完全有能力砸碎石头。医疗领域中的超声波体外碎石机，就是运用的这个原理。

PS：

善于思考的小伙伴会发现，科学原来就是对规律的发现和描述，它不关心如何应用，那是技术要解决的事情，就像菜刀，能切菜也能砍人。所以，在科学飞速发展的时候，人类更应该思考如何正确使用它们，否则，就像核武器，变成魔盒中释放出来的魔鬼。