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掰手指为何会咔咔响? 气泡产生了压力波

2018年04月16日 16:06 来源:羊城晚报 参与互动 

  □康斯坦丁

  电影中常常会出现这样的镜头:两个人准备搏斗时,常常会把手指掰响,从而显示自己有很强壮的身体,以此来威慑对方。你或许也试着掰响过自己的手指?你有没有想过,这个“声响”是如何形成的呢?这个过程对你的手指又是否会有损伤?

  观察关节病患者手指时发现问题

  坊间不少人认为,掰手指时发出的清脆声音是关节液里的“泡泡”——气泡形成而发出的声音。还有一些人觉得,这可能是韧带在强大压力下发出的奇怪声音。这事就这么简单?还真有人专门去做过相关研究,甚至写出了学术论文!

  其实近50多年来,一直有人在发表各种关于“手指为什么会掰响”的学术论文。

  2015年,加拿大阿尔伯塔大学的Greg Kawchuk和合作者使用核磁共振成像扫描仪记录了一名频繁出现关节病的志愿者的手指的各种问题。在一些图像中,可以看到志愿者指关节凸起部分突然出现了裂痕。Kawchuk博士及其同事记录道,这就是形成泡沫的结果,这种泡沫持续了一段时间,这个过程可能就是造成这种响声的原因。他们认为,气泡在流体中产生了压力波,由此产生了声音。

  然而,目前他们还不清楚这一压力波如何能够强大到足以形成独特的裂缝。

  数学模拟计算出声音产生原因

  最近,法国巴黎综合理工大学的两位研究人员设计了一个开裂关节数学模型(运用数理逻辑方法和数学语言建构的科学或工程模型),似乎才真正阐明了之前那些理论。

  法国巴黎综合理工大学生物力学教授Abdul Barakat和硕士生Vinenes Suja在查看2015年阿尔伯塔大学研究者发表的论文时,对于文中指到的指关节开裂现象产生了兴趣。为了观察旧的理论所描述的情况是否能够产生如此巨大的声音,他们创建了一个简化的带有气泡的关节的数学模型,并进行模拟,并将模型中气泡崩溃的理论声音与Suja做的相关录音进行比较,以此来验证旧理论的结果。

  他们发现,模型预测的声音的音量和频率都与录音相当吻合,即使气泡只是突然缩小,只要不是消失,就可以产生类似的噪音。Barakat博士说,气泡只需要缩小30%到40%就可以产生这种类似爆裂的噪音,尽管气囊的尺寸比MRI(磁共振成像)中可见的气囊小。不过,研究人员并没有模拟泡沫形成时会发生什么,模型只是假设其存在。

  下一步,他们打算再计算一下,类似模型中气泡的形成是否会产生声音。因为要真正了解这个过程,最好的办法就是“从头到尾的进行建模”。

  让我们没想到的是,一个简单的生理现象,要想透彻地研究清楚,居然也这么复杂。

 

【编辑:左盛丹】

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