氣泡能砸碎石頭嗎？科學家：能量大得超乎想像

即可以輕如鴻毛，又可以重如鉛球，這就是本文要跟您介紹的氣泡。你一定會很好奇，日常生活中見到的泡泡，不論是孩子吹出來的肥皂泡、洗衣機中的泡沫、浪花中的泡沫……都是不堪一擊的，重如鉛球的泡泡是怎麼回事呢？

一、泡泡的能量來源——振動

抓一把食鹽顆粒撒在振動的鋁板上，會形成一圈一圈的同心圓圖案。提高鋁板的振動頻率，食鹽顆粒就會移動自己的位置。繼續提高振動頻率，食鹽顆粒組成的圖案就會越來越複雜。聲音在鋁板中的傳播，給食鹽顆粒帶來了能量。

大家都知道，人耳能聽到的聲音範圍是20~20,000赫茲，低於20赫茲的叫做次聲波，超過20,000赫茲的叫做超聲波。蝴蝶翅膀大約每秒扇動5~6次，頻率太低，所以我們聽不到；但是蒼蠅、蚊子翅膀扇動的聲音我們就很容易聽到，因為它們扇動翅膀的頻率每秒幾百次。

某些動物是可以發出超聲波的，比如蝙蝠、鯨魚、海豚、大象等等。有科學家研究發現，其實大象是很愛說話的，只是它們都是用超聲波交流，所以咱們聽不到。超聲波就是本文要說的鉛球一樣泡泡的能量來源

二、超聲波在介質（液體）中的物理效應

既然超聲波的聲音是聽不到的，為什麼家裡的超聲波洗碗機還會發出「滋滋」的聲音呢？

首先是聲流效應。就是說，超聲波在液體中傳播的時候可以推動液體產生流動，頻率越高流動速度越快。有一種水泵就是利用這個原理製造的。

其次是振動。超聲波可以讓液體發生振動，洗碗機就是利用液體的高速振動和剪切效應製作的。

再次是熱效應。由於超聲振動是一種機械振動，所以這種振動最終都會變成分子無規則的熱運動，變成熱能耗散掉。

第四是空化效應。這種效應就是文章在開頭的時候說的鉛球那樣的泡泡的成因。洗碗機中發出「滋滋」的聲音就是這些小泡泡發出來的，就是這些發出「滋滋」聲音的小泡泡起到了清潔去汙的作用。

三、空化效應的物理過程

超聲波在液體中傳播的過程中，液體內部的壓力會發生周期性變化，在低壓區中會產生小泡泡，當低壓區變成高壓區，這些小泡泡會隨著壓力增加而變小，這種泡泡的形變會帶來射流，同時釋放出衝擊波。

那些附著在容器壁上的小泡泡，由於周圍液體的動量不均衡，會在泡泡頂部形成一個凹陷，同時形成一個穿透液體內部的高速射流打在容器壁上。

洗碗機的工作過程就是這樣，這些貼附在餐具表面上的小氣泡，不停地沿著表面遊走，並且以每秒幾萬次的頻率用射流衝擊餐具表面。

四、空化效應是一種微型的爆炸

你可能會以為，一個洗碗機的能量能有多大，這些小泡泡一定也不過如此。如果您真的這麼想，那就是大錯特錯了。

由於超聲波的頻率很高，這些小氣泡的體積變化是非常快的，這就導致了氣泡能量是高度集中釋放的。在這些小泡泡的內部，會形成幾千攝氏度的高溫和幾千個大氣壓的壓力，同時釋放出強烈的衝擊波和高速的微射流。

五、空化效應的應用

前面的洗碗機是一個典型的應用，但這些小泡泡的用途不止於此。由於小泡泡內部是一個極端的物理環境，科學家們可以把小泡泡作為一些特殊的化學反應的容器。那些在常溫常壓下不能或者是不易發生的化學反應都可以在這個小容器內發生。這為化學家們開闢了一個非常廣闊的應用空間。

六、這些空化效應需要避免

有時候，空化效應也會帶來一些負面的作用。比如船舶推進的螺旋槳，當船舶前進時，螺旋槳需要高速旋轉，這個時候，就會在螺旋槳葉片的背面和葉梢部分產生大量的氣泡。

與洗碗機中發生的情況類似，這些小氣泡產生的高速微射流就會衝擊螺旋槳的葉片，這就是我們經常可以在螺旋槳的邊緣看到很多蝕坑的原因，其實這些坑並不是化學腐蝕造成的。

一種威力巨大的空化效應經常在水壩出現。很多水壩的洩洪洞前面都會有一個巨大的蝕坑，這些坑也都是由這些小水泡造成的。

結束語

小泡泡的物理學原理就介紹完了，您一定搞明白本文標題中的那個問題了吧，小小的氣泡完全有能力砸碎石頭。醫療領域中的超聲波體外碎石機，就是運用的這個原理。

PS：

善於思考的小夥伴會發現，科學原來就是對規律的發現和描述，它不關心如何應用，那是技術要解決的事情，就像菜刀，能切菜也能砍人。所以，在科學飛速發展的時候，人類更應該思考如何正確使用它們，否則，就像核武器，變成魔盒中釋放出來的魔鬼。