¿Por qué pulsa la nube de gas de un disparo submarino?

Estuve viendo un video en cámara lenta y me intrigó el disparo submarino en cámara lenta. Los primeros momentos del video van como se esperaba. El arma dispara y se forma una nube frente al arma. Luego, la bala atraviesa el agua, dejando un espacio abierto (que supongo que es un vacío de cavitación). Poco después, la ruptura se cierra y la burbuja de gas se encoge (supongo que esto se debe al enfriamiento y/o compresión de los gases calientes a alta presión.) Entonces sucede algo divertido. La burbuja pulsa varias veces y casi parece emitir luz. Cada pulso va acompañado de un ruido.

El video se puede ver aquí desde el inicio , o simplemente mostrando las burbujas .

¿Qué es este efecto de pulso y/o qué lo causa?

EDITAR: Aquí hay otro gran video para una posible explicación:

Respuestas (2)

El efecto general (en particular con respecto a esta emisión de luz, que realmente sucede, no es solo aparente) se investiga principalmente bajo el nombre de sonoluminiscencia .

Aunque el proceso de esta luminiscencia sigue sin resolverse, es seguro que se producen temperaturas extremadamente altas en el colapso de una burbuja (¡de hecho, se conjeturó que podrían estar lo suficientemente calientes como para construir un reactor de fusión nuclear !), y esta alta temperatura obviamente hace que se forme otra burbuja de vapor muy rápidamente, lo que explicaría el efecto de oscilación del pulso.

¡Gracias! Esto lleva a otra pregunta: ¿De dónde viene todo ese calor?
Realmente no: de hecho, no hay tanto calor, solo que , ¡una ronda obviamente contiene bastante energía en su explosivo! Lo interesante es que este calor se concentra en un espacio tan pequeño, eso es lo que hace que la temperatura suba tan notablemente.
@Hoytman: La compresión adiabática de la nube de gas genera calentamiento. Cuando la nube de gas se forma inicialmente en la explosión, el agua es expulsada y la burbuja de gas se expande. A la presión de equilibrio, el gas ya no ejerce presión sobre el agua circundante, pero el agua sigue moviéndose, por lo que el gas se "estira", lo que hace que el agua vuelva a ser succionada como un resorte. Este colapso comprime el gas adiabáticamente para generar altas temperaturas nuevamente, y el proceso se repite, aunque con amortiguamiento (de modo que las oscilaciones desaparecen después de un par de pulsos).
otra observación: el agua se mueve muy rápidamente tanto hacia adentro como hacia afuera. Si las burbujas fueran perfectamente redondas, las paredes del agua chocarían entre sí en un punto muy pequeño. Toda esa energía se concentraría en otra explosión. ¿Es este efecto de enfoque la causa potencial de la fusión nuclear?

Hay muchas cosas en la naturaleza que conducen a fenómenos periódicos. La ecuación que gobierna detrás de todos estos fenómenos con pequeña amplitud es algo así como X ¨ ( t ) = − X ( t ) . X es el desplazamiento del equilibrio, y X ¨ es la aceleración de ese parámetro. Si X es negativa, esta ecuación nos dice que X está acelerando y tratando de volverse positivo. Si X es positivo, la ecuación nos dice que X está acelerando en la dirección opuesta tratando de volverse negativo. el resultado es que X oscila perfectamente entre valores mínimos (muy negativos) y máximos (muy positivos).

Una de las razones por las que este efecto puede parecer raro es porque estamos viendo un gas, no un líquido. El agua no es muy elástica en absoluto. Se necesita mucha fuerza para comprimirlo y, lo que es peor, por cada libra de fuerza aplicada, ¡el agua comprimida apenas almacena energía! Los gases son una historia diferente. Piénselo de esta manera: si tenía un tanque de buceo presurizado a un cierto PSI, debería tener mucho más miedo de que explote un tanque de oxígeno completamente presurizado que de un tanque completamente presurizado con 95% de agua líquida y 5% de oxígeno gaseoso ( en diferentes fases, sin mezclar). El primero almacena mucha más energía que el segundo. Entonces, el gas sin comprimir es empujado por el agua, el gas acumula mucha energía en un espacio pequeño y actúa como un resorte, luego explota hacia afuera nuevamente.

La respuesta de la rotonda izquierda puede explicar la emisión de luz. En esa página de wikipedia hay un video perfectamente claro y relevante: http://en.wikipedia.org/wiki/File:Sonoluminescence_of_Synthetic_Ordnance_Gel.ogv

¿Dónde ves una pequeña amplitud aquí? Creo que, de hecho, este es un buen ejemplo de una oscilación que no tiene ninguna relación con la ecuación diferencial habitual de segundo orden. Sé poco sobre los procesos involucrados en el colapso de la cavidad, pero estoy seguro de que es mucho más complicado. Por un lado, una predicción de un X ¨ ∝ − X modelo sería que la frecuencia es constante, pero claramente las burbujas grandes oscilan más lentamente que las pequeñas.
@leftaroundabout De acuerdo, no estoy haciendo justicia a las burbujas pulsantes en absoluto, pero esta página en.wikipedia.org/wiki/Liquid_bubble#Pulsation parece implicar que la amplitud es independiente del desplazamiento inicial del equilibrio [en ese caso específico] (yo decir nada sobre el radio de la burbuja). No estoy familiarizado con mucho sobre las EDO no lineales, pero me parece bien. (si estuviera familiarizado, trataría de hacer las cosas de manera más formal para ver si estoy bien o mal, pero en este momento probablemente pasaría demasiado tiempo antes de llegar a alguna parte)
Bueno, ese artículo de wiki trata sobre burbujas de gas "ordinarias", las que son permanentemente estables bajo su propia presión interna. Éstos se comportan de muchas maneras bastante diferentes de las burbujas de vapor de cavitación.
@leftaroundabout ¿Qué puedo decir? Creo que la simplificación excesiva está bien para preguntas no técnicas, y creo que la discusión de los fenómenos oscilatorios en general se suma a la comprensión de esto. Sobreimpulso/insuficiencia del equilibrio, aunque no haya equilibrio, entre otros problemas.
dijiste "por cada libra de fuerza aplicada, el agua comprimida apenas almacena energía"; aunque es difícil hacer que el agua almacene energía a través de la compresión, parece almacenarla bastante bien en el video. De lo contrario, el pulso solo ocurriría una vez y la resonancia del pulso desaparecería muy rápidamente. En el video, el pulso vuelve a ocurrir (¿resuena?) y se disipa en el transcurso de varios pulsos. Esto demostró que tanto el gas como el agua almacenan y emiten energía. ¿Es esto cierto o está sucediendo algo más aquí (no tengo capacitación en este campo, por lo que puede estar muy equivocado)?
@Hoytman, entonces, el agua almacena energía potencial (a medida que se aleja, trabajando contra la presión del resto del agua) y energía cinética (en momentos en que tiene velocidad), pero mi punto expresado de otra manera es: si tomó un recipiente de agua en el fondo del mar, lo levantó hasta la superficie y le hizo un agujero, el agua liberaría un poco de energía y eso sería el final. Si tomas un contenedor de aire al nivel del mar y lo elevas al espacio, luego le haces un agujero, obtendrás mucha energía de él.
@Hoytman, mi punto realmente es que para comprender la dinámica del sistema, debe darse cuenta de que la compresión del aire es muy importante, mientras que la compresión del agua no lo es.
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