Som många YouTube-videor visar, träffar man på toppen av en vätskefylld flaska kan botten splittras. Nu hoppas forskare kunna använda ny kunskap om det där partytricket för att fylla en lucka i något mycket allvarligare:hjärnforskning.

En studie av ingenjörsprofessorer från Brigham Young University, Utah State University och Tokyo University of Agriculture and Technology beskriver exakt vad som händer när en vilande vätska – som vattnet i en flaska – plötsligt sätts i rörelse. Med hjälp av höghastighetsfotografering, teamet visar hur den snabba accelerationen gör att små bubblor bildas i vätskan och sedan snabbt kollapsar, släpper en destruktiv chockvåg.

Den korrekta termen för fenomenet kallas kavitation, en process välkänd för ingenjörer för att orsaka skador i rör och marina propellrar. Den nya studien, publiceras i Proceedings of the National Academy of Sciences , beskriver en alternativ formel som mer exakt förutsäger när kavitation kommer att inträffa.

Även om upptäckten har omedelbara konsekvenser för många industriella processer avbrutna av kavitationsinducerade skador, Det finns också växande bevis som kopplar kavitation till hjärntrauma.

"Hjärnan är omgiven av vätska, och när du har påverkan, det är möjligt att du upplever kavitation i den vätskan, " sa studiens medförfattare Scott Thomson, docent i maskinteknik vid BYU.

Vätskedynamikexperter vet hur man förutsäger när kavitation kommer att inträffa i en vätska som redan är i rörelse, men deras formel fungerar inte så bra när en vilande vätska snabbt accelereras. Den nya studien fixar det problemet genom att slutföra en ny ekvation som tar hänsyn till en vätskas djup och acceleration.

För hjärnan, att känna till denna alternativa kavitationsformel kan användas för att bättre förutsäga hjärnskador orsakade av höghastighetspåverkan. "Och när vi väl kan förutsäga när det kommer att hända, vi kan bättre designa säkerhetsanordningar för att förhindra allvarliga hjärnskador, sa Thomson.

Dessa säkerhetsanordningar kan vara för atletiska tillämpningar, som fotbollshjälmar, eller till och med militära tillämpningar.

"Om en sprängvåg är över en viss magnitud, det kanske inte finns mycket vi kan göra för att förhindra hjärnskada för en soldat, " sa studieförfattaren Tadd Truscott, docent i maskinteknik vid Utah State University. "Men kanske en hjälm kan utvecklas för att upptäcka när traumat har inträffat så att en soldat kan avlägsnas från frontlinjen och räddas från upprepad exponering för explosioner."