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El dilema de cavitación se resolvió en el modelo de agrietamiento de nudillos

El dilema de cavitación se resolvió en el modelo de agrietamiento de nudillos

Categoría Cavitación

31 de Jul, 2020 . A pesar de los clichés de las películas, las juntas reventadas siguen siendo un misterio. Después de algunos experimentos y una gran cantidad de pensamiento (y argumentos, probablemente relacionados con el crujido de los nudillos), los científicos concluyeron que el ruido de estallido se debió al colapso de las burbujas de cavitación en el fluido que lubrica las articulaciones. Esa explicación no fue cuestionada durante unos 40 años, hasta que experimentos más sofisticados mostraron que, después del estallido, todavía había burbujas en el líquido articular. ¿Cómo podría el colapso de las burbujas ser la fuente del sonido si las burbujas aún estuvieran allí Ahora, un par de científicos ha desarrollado un modelo matemático de grietas en los nudillos que muestra cómo ambos pueden ser ciertos.

El estallido articular generalmente ocurre cuando los huesos de la articulación se separan repentinamente por una cantidad inusual de líquido. A medida que las dos superficies óseas se separan, el líquido entre las articulaciones sufre una pérdida repentina de presión. Cuando la presión baja lo suficiente, el fluido se convierte en un gas, creando una burbuja. Esto es cavitación.

El fluido de alta presión que rodea la burbuja se precipita y aplasta la vida de la burbuja muy rápidamente. El colapso rápido genera ondas de presión que dejan el fluido como ondas de sonido. El colapso muy agudo de las burbujas es lo que genera el ruido de estallido característico. Pero un punto clave es que las burbujas terminan muertas. Sin embargo, la evidencia experimental dice que todavía hay burbujas en el líquido articular incluso después de que los ecos hayan desaparecido.

Sin embargo, en el siguiente paso, los investigadores se sorprendieron. La burbuja modelo colapsa rápidamente, como se esperaba. Pero no se colapsa completamente: la burbuja se estabiliza aproximadamente a la mitad de su tamaño original. Esto, nos dicen los investigadores, significa que hay un acuerdo entre el modelo de cavitación para el estallido articular y la evidencia experimental. Pero, de nuevo, la historia es más matizada. En el modelo de los investigadores, la burbuja no puede desaparecer, y no puede colapsar a un radio infinitamente pequeño porque el gas en el interior tendría que alcanzar una presión infinita. En cambio, la burbuja oscilará un poco y se asentará en un radio tal que la presión interna y la presión externa sean iguales. Eso es exactamente lo que los investigadores observan en su modelo matemático. Entonces, la supervivencia de la burbuja está integrada en su modelo.

El último paso es predecir el sonido producido por la burbuja cuando se derrumba sobre sí misma. Los resultados muestran claramente que el modelo predice el sonido de estallido bastante bien. Cabe señalar que aquí hay bastante variación en las mediciones experimentales, por lo que el modelo predice las características generales que son comunes en todas las mediciones, pero no los detalles de las mediciones individuales.

La investigación no aborda la muerte final de estas burbujas. Supongo que hay varias vías posibles que puede tomar la burbuja. Podría fragmentarse en burbujas cada vez más pequeñas. Esto requeriría algún tipo de inestabilidad en la superficie de la burbuja, que no creo que esté incluida en el modelo. Alternativamente, las burbujas se desvanecen porque la superficie de la burbuja es permeable y el vapor del fluido de la articulación se condensa en el fluido circundante, permitiendo que la burbuja se contraiga continuamente.

Es probable que ambos procesos sean lentos en comparación con el proceso de formación de burbujas y colapso. Entonces podemos obtener persistencia de burbujas después del estallido sin convertirlas en residentes permanentes de nuestras articulaciones.

Otra conclusión interesante del modelo es que no hay soluciones estables para las fuerzas de estallido de juntas por encima de unos 15 Newtons. Esto está en contraste con los experimentos, donde los investigadores han descubierto que las personas a menudo aplican aproximadamente 100 Newtons de fuerza. Los investigadores sugieren que gran parte de esa fuerza es absorbida por el tejido circundante, de modo que solo una pequeña fracción de la presión ejercida sobre la articulación.

El modelo también está bastante idealizado. Se supone que las ondas de presión de una burbuja no influyen en la generación o el colapso de las burbujas vecinas. Los investigadores reconocen que probablemente este no sea el caso porque las primeras burbujas se formarán a lo largo de la línea central de la articulación. A medida que esas burbujas colapsan, se forman más burbujas más cerca del borde de la junta. Las ondas de presión de las burbujas que colapsan pasarán e influirán en la formación y el colapso de las burbujas descentradas. Estas interacciones complicadas crean un entorno rico en objetivos en lo que respecta a la física experimental y teórica.


Fuente: arstechnica.com



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