Tìm kiếm phương pháp bảo toàn năng lượng thông qua nghiên cứu cá mập

Cá mập, “diễn viên” trong bộ phim Hàm cá mập gần đây đang trở thành đối tượng nghiên cứu của một dự án nghiên cứu khoa học của trường đại học Alabama. Dự án này được thực hiện bởi trợ bởi tiến sĩ Amy Lang, một trợ giáo vể môn khoa học không gian và cơ học.

Dự án này nhằm tìm kiếm cách bảo tồn năng lượng và khả năng kiểm soát lớp biên (Lớp biên là lớp làm giảm vận tốc của chất lưu chẳng hạn như nước và khí. Lớp này nằm kề sát với bề mặt cứng khi chất lưu chẳng qua bề mặt cứng đó).

Kết quả của dự án sẽ cho phép các nhà nghiên cứu tìm ra các giải pháp gần giống với tự nhiên để giảm lực ma sát bề mặt. Qua đó có thể tạo ra nhiều cải tiến và ứng dụng mới về việc bảo toàn năng lượng. Nghiên cứu này không những giúp chúng ta hiểu biết nhiều hơn về sự tiến hóa của loài cá mập mà còn có thể giúp chúng ta tìm kiếm ra các phương pháp điều khiển dòng và giảm lực cản mà có thể áp dụng lên các phương tiện vận chuyển một cách dễ dàng.

Tiến sĩ Amy Lang và một nghiên cứu sinh làm việc trong phòng lab của trường đại học Alabama nghiên cứu về sự ma sát bề mặt trên một bề mặt cứng (Ảnh: Trường đại học Alabama)

Nghiên cứu cho thấy rằng, nếu giảm được lực cản trên các bề mặt cứng sẽ tiết kiệm chi phí hàng ngàn đô la. Ví dụ như, theo tính toán chỉ cần giảm được 1% lực cản, tiết kiệm cho một công ty hàng không số tiền là 200.000 đô la/năm và tiết kiệm được ít nhất là 94.635 lít nhiên liệu trong một năm. Lượng khí thải cũng được giảm đáng kể.

Được tài trợ bởi Qũy tài trợ hiệp hội khoa học quốc gia (Mỹ), dự án nghiên cứu đã nghiên cứu tỉ mỉ lớp biên chạy trên một bề mặt được làm giống như da của một loài cá mập bơi nhanh nhất. Lớp biên là lớp nằm ở vị trí gần nhất với một bề mặt nơi mà các điều kiện ma sát nhớt đã tạo ra lực cản trong trường hợp này là lớp da con cá mập.

Tiến sĩ Lang hy vọng sẽ giải thích được tại sao loài cá mập bơi nhanh có thể bơi với tốc độ 90 km/giờ lại có vảy nhỏ hơn các loài cá mập bơi chậm khác. Bằng chứng cho thấy rằng cá mập có vảy nhỏ hơn có khả năng đẩy vảy của chúng nhô cao hơn khi chúng bơi, do đó chúng có thể bơi nhanh hơn và tạo ra một kiểu bề mặt đặc biệt trên lớp da của chúng giúp tạo ra nhiều cơ chế kiểm soát lớp biên.

Tiến sĩ Lang nói: “Chúng tôi hy vọng sẽ giải thích được cách mà lớp da cá mập kiểm soát được lớp biên để làm giảm lực cản và bơi nhanh hơn. Nếu chúng tôi giải thích được thì sẽ có một tác dụng rất quan trọng. Các ứng dụng nhằm làm giảm lực cản của máy bay và các phương tiện di chuyển dưới nước trong tương lai sẽ trở thành hiện thực."

Nghiên cứu của tiến sĩ Lang đang được thực hiện tại phòng thí nghiệm đường hầm nước tại Hardaway Hall trong khuôn viên trường đại học Alabama. Phòng thí nghiệm đường hầm nước có thể tăng hình học của lớp da cá mập lên 100 lần với lực giảm tương ứng trên dòng chảy qua mô hình. Điều này giúp cho các nhà nghiên cứu có thể quan sát được dòng chảy qua lớp da của cá mập và nó cho phép việc đo dòng chảy bằng cách sử dụng các phương pháp thí nghiệm hiện đại.

Ngoài sự tài trợ của Hiệp hội khoa học quốc gia, gần đây tiến sĩ Lang đa nhận được sự tài trợ Lindbergh cho dự án nghiên cứu của mình.

Uyển Nhi