文／穿山甲

生活中，我們常會看到氣泡產生，舉例來說，烹煮料理時，鍋底時不時會冒出一串串的銀亮氣泡；打開汽水時，會看到氣泡像逃難般瘋狂冒出；水生植物行光合作用時，常會從葉面冒出氣泡；就連瀑布落入潭面時，也會翻出許多白色氣泡。這些氣泡相對環境顯得渺小，除了增添美感外，似乎別無他用。即使是「滴水穿石」，也得花費好幾十年的時間才能留下凹痕，更別說如此轉瞬即逝的微小氣泡，能對周遭物質起到什麼作用。然而事實並非如此，小氣泡的破壞力可不亞於水流衝擊，在某些極端條件下形成的氣泡，破裂瞬間會展現出不可思議的力量，甚至能破壞金屬、製造出巨響，對機械或結構造成嚴重損害。

氣泡空蝕 損壞機構



氣泡為工程帶來的影響，最具代表性的例子，出現在船隻與潛水艇的螺旋槳上。螺旋槳的構造大多由一群類似機翼的葉片組成，每張葉片的運作機制與機翼相似，其剖面有著特殊的幾何結構，且於螺旋槳上帶有一定攻角。當螺旋槳轉動時，葉片與周圍的水會產生相對位移，葉片的特殊結構與攻角，會使得流經葉片的流體產生不同的速度，讓葉片上某些區域的壓力瞬間降低。壓力低過流體的飽和蒸汽壓時，該區域的水會直接汽化，形成許多含有水蒸氣的氣泡。這些突如其來、看似無害的微小氣泡移動到高壓區域時，會在極短的時間內猛烈地崩潰，產生高溫與高壓，並形成一道高速射出的微射流與衝擊波，強烈地撞擊螺旋槳表面。一次撞擊可能毫不起眼，但成千上萬次的連續攻擊，就足以在堅硬的金屬表面挖出坑洞，讓螺旋槳變得粗糙、推進效率下降，甚至導致整體結構疲勞而損壞。這種氣泡的快速生成與瞬間崩壞，就是工程界聞之色變的「空蝕現象」。空蝕不僅讓螺旋槳受傷，也會讓船隻產生強烈噪音與震動，對潛艦而言更是致命的問題，因為這些聲響會直接暴露自己在海中的位置，被敵人的聲納系統察覺陷入危險處境之中。

巧妙運用 因禍造福



空蝕的破壞力並不只發生在螺旋槳上。在許多工業系統，例如高壓幫浦或水力渦輪，在高速運轉時，水流的壓力分布會因運轉而產生劇烈變化，形成與螺旋槳相似的空蝕，在結構上形成孔洞與裂痕。長期下來，不僅降低流量與效率，甚至可能讓整個幫浦失去功能。然而，這種現象並非只有壞名聲，這樣的能量轉換反而能成為鼓蝦的生存利器。鼓蝦可透過蝦螯用力揮出推動水流，使局部壓力驟降產生氣泡射向攻擊者形成衝擊力，同時伴隨著高溫與強烈光芒，協助鼓蝦衝出敵圍。類似的原理也可以轉化為清潔工具，例如超音波清洗機就是透過高頻震動，讓流體內部產生不同的壓力分布，當超音波的強度足夠強，就會讓流體汽化形成許多的微氣泡。超音波震動加上氣泡產生的微射流，足以讓物體的表面汙垢脫落達到清潔效果。

從烹煮料理時冒起的氣泡串珠，到船隻尾部的白色泡沫，這些不起眼的氣泡看似輕盈脆弱、轉瞬即逝，卻能在某些條件下累積驚人的能量，留下暴力坑洞、磨蝕機械。這些現象提醒著我們，即使微不足道的事物，遇到適當的機會也能瞬間爆發出潛能。若能加以引導利用，氣泡也能從破壞者轉化為有利的工具。