Bắt chước cách hạt mưa làm nứt vỡ kính máy bay để phá sỏi thận

Kính chắn gió của máy bay được thiết kế đủ chắc để có thể chống được mưa đá và thậm chí là chim. Tuy nhiên, trong một vài trường hợp “lớp phòng thủ” này lại dễ dàng bị hư hại bởi…một giọt mưa.

Giải mã được cách để một giọt nước bé nhỏ có thể tạo ra sức công phá đầy uy lực này, không chỉ giúp giải quyết vấn đề ngành công nghiệp hàng không đang gặp phải, mà còn mở ra tiềm năng ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác, trong đó có phương pháp chữa sỏi thận.

Quay trở lại thời điểm những năm 60 của thế kỉ trước, một vài máy bay thương mại với tốc độ siêu thanh đã bị các vết nứt hình tròn, trên kính chắn gió khi bay ngang qua cơn mưa, và thủ phạm không ai khác chính là các giọt nước.

Sau loạt sự cố này, các nhà khoa học đã nhanh chóng bắt tay vào nghiên cứu và đến năm 1964, công trình lý giải vấn đề mà ngành hàng không đang gặp phải đã được công bố. Dựa theo nghiên cứu này, cú va chạm giữa giọt nước và kính chắn gió đã tạo ra các sóng bề mặt, loại sóng này sẽ lan tỏa theo 2 chiều. Chính vì vậy, các lực tập trung sẽ lớn hơn nhiều so với việc lực được phân tán theo 3 chiều, vốn xảy ra trong hầu hết trường hợp va chạm.

Hiện tượng vật lý này liên quan thế nào đến phương pháp chữa trị sỏi thận?

Sỏi thận là hiện tượng chất khoáng trong nước tiểu lắng đọng lại ở thận, lâu ngày kết tụ lại tạo sỏi. Thông thường, sỏi thận được hình thành khi lượng chất khoáng trong nước tiểu thường xuyên ở mức cao. Nếu viên sỏi nhỏ có thể tự đẩy ra ngoài theo đường tiểu. Tuy nhiên khi có kích thước lớn và không lọt được qua đường tiết niệu, sỏi thận sẽ bị kẹt lại và gây ra nhiều vấn đề về sức khỏe như: xơ hóa đường tiểu, tiểu ra máu hay thậm chí là suy thận.

Một trong những cách để phá viên sỏi thận thành các hạt nhỏ vừa đủ để lọt qua đường tiết niệu là tập trung sóng âm lên viên sỏi cho đến khi độ rung khiến nó vỡ ra từng mảnh. Nhằm tìm ra cách tăng cường sức mạnh cho sóng âm, giáo sư Pei Zhong đến từ trường đại học Duke đã thiết lập một thí nghiệm, dựa trên nguyên lý phá vỡ kính máy bay của giọt nước.

Cụ thể, trong thí nghiệm này giáo sư Zhong đã đặt một máy tạo sóng bên trong bể đựng nước bằng thủy tinh, sau đó theo dõi các sóng tạo ra bằng một camera tốc độ cao.

Theo kết quả ghi nhận được, mặc dù các sóng ban đầu là sóng cầu, nhưng khi chạm vào thành kính, một số lại trở thành sóng bề mặt 2 chiều, tùy theo góc va chạm của sóng. Các sóng bề mặt này không đủ sức để tự phá vỡ kính chắn gió của máy bay. Tuy nhiên, giáo sư Zhong lại phát hiện ra rằng, khi chúng tác động vào một vị trí bị lỗi trên bề mặt kính thì có thể tạo ra vết vứt vỡ, và sau những tác động lặp đi lặp lại, vết nứt càng mở rộng về mặt kích thước.

“Dựa trên phát hiện này, chúng ta có thể tối ưu hóa hình dạng của sóng xung kích và thiết kế của máy nghiền sỏi, với mục đích cuối cùng là tăng thêm áp lực lên bề mặt của viên sỏi thận, từ đó giúp tối ưu hóa phương pháp chữa sỏi thận không cần phẫu thuật này.” – Giáo sư Zhong nhận định.

 Minh Nhật

Theo IS