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    La física de las gotas de lluvia que rompen el parabrisas podría demoler los cálculos renales

    Estos tipos de grietas circulares que se observaron por primera vez en los parabrisas de los aviones supersónicos que vuelan a través de las selvas tropicales pueden ayudar a los investigadores a crear mejores tratamientos para los cálculos renales. Crédito:Universidad de Duke

    Un avión tiene que ir bastante rápido para que una simple gota de lluvia rompa su parabrisas, pero puede suceder. Ahora, Los nuevos modelos de la física detrás de la improbable hazaña pueden ayudar a los médicos a romper los cálculos renales en pedazos.

    Cuando los aviones supersónicos se desarrollaron por primera vez para uso comercial en la década de 1960, Los investigadores descubrieron un fenómeno curioso que a veces ocurre en vuelos de prueba a través de selvas tropicales. Aunque las gotas de lluvia no pesan casi nada, son capaces de crear grietas en forma de anillo en los sustanciales parabrisas de los aviones.

    Aunque los científicos inicialmente tuvieron dificultades para explicar esta curiosidad, Los profesores Frank Philip Bowden y John Field de la Universidad de Cambridge finalmente reconocieron a las ondas superficiales como las culpables. Debido a que las ondas superficiales se extienden en solo dos dimensiones, tienen un golpe mucho más poderoso que sus contrapartes tridimensionales. Ciertos detalles del fenómeno, sin embargo, han permanecido poco entendidos debido a la falta de matemáticas para describirlo y configuraciones experimentales para validar los modelos propuestos.

    En un nuevo artículo publicado el 1 de noviembre en Investigación de revisión física , Pei Zhong, profesor de ingeniería mecánica y ciencia de los materiales en la Universidad de Duke, y su ex estudiante de posgrado Ying Zhang, ahora ingeniero acústico para Bose, han cerrado esa brecha en el conocimiento científico.

    Las tensiones causadas por una onda superficial de Rayleigh con fugas se rastrean utilizando una cámara de alta velocidad (izquierda) y se comparan con nuevos modelos del fenómeno (derecha). Las grietas circulares que crean este tipo de ondas superficiales se vieron por primera vez en los parabrisas de los aviones supersónicos que volaban a través de las selvas tropicales y ahora se podían aprovechar para romper los cálculos renales. Crédito:Universidad de Duke

    La pareja creó un sistema experimental para visualizar el estrés creado por tales ondas superficiales. Colocaron un dispositivo de litotricia diseñado para romper cálculos renales con ondas sonoras en una tina de agua cubierta por una lámina de vidrio. luego desencadenó una explosión de fuente puntual que se expandió como una onda de choque esférica. Dependiendo del ángulo en el que la onda de choque golpee el vidrio, puede producir ondas superficiales que se extienden sobre el límite del vaso de agua.

    Con una cámara de alta velocidad, el equipo midió la velocidad de varios elementos de una onda de choque en los meros momentos que tarda en propagarse a través del vidrio. Zhang usó esas medidas para validar un modelo de elementos finitos construido usando un software multifísico llamado COMSOL. Los modelos reprodujeron con éxito las características de una serie de ondas masivas y superficiales que a menudo se observan en tales situaciones. incluido uno que puede evitar que las personas necesiten cirugía para extraer cálculos renales.

    Los investigadores descubrieron que el tipo de onda principalmente responsable de la mayor parte del estrés y el daño, llamado onda de Rayleigh con fugas, se propaga mucho más rápido que un segundo tipo de onda llamada onda evanescente. Si bien se crean al mismo tiempo en el límite del vaso de agua, la onda de Rayleigh con fugas eventualmente se aleja de la onda evanescente, que es el momento y la ubicación del mayor esfuerzo de tracción causado por el fenómeno.

    También descubrieron que las grietas circulares que se observaron originalmente en los parabrisas supersónicos a reacción no se forman necesariamente en este punto; requieren una imperfección existente en el vidrio para comenzar. Pero una vez iniciado, la grieta se propaga a lo largo de una trayectoria circular, después de la primera tensión principal en el sólido provocada por el avance de la onda de Rayleigh con fugas.

    "El desafío para el tratamiento de los cálculos renales es reducir los cálculos a fragmentos muy finos para que los médicos no tengan que realizar un seguimiento con procedimientos auxiliares". ", dijo Zhong." Según la información obtenida a través de este modelo, es posible que podamos optimizar la forma de las ondas de choque y el diseño del litotriptor para crear más tensión en la superficie de los cálculos renales para abrir los defectos de manera más eficiente ".

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