Tým výzkumníků z Harvard School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) a katedry fyziky
Geometrie hudební pily, jak bylo uvedenovýzkumníci, vytváří to, co hudebníci nazývají sladkou tečkou, a fyzici nazývají lokalizované vibrační režimy. Jedná se o omezenou oblast na plechu, která rezonuje bez ztráty energie na okrajích.
Pomocí matematiky topologických systémů,Vědci zjistili, že lokalizované vibrační režimy v sweet spotu zpívající pily jsou řízeny topologickým parametrem, který lze vypočítat a je založen na existenci dvou protichůdných křivek v materiálu. Výzkumníci také zjistili, že mohou vyladit lokalizaci režimu změnou tvaru S-křivky, což je důležité v aplikacích, jako je snímání, kde potřebujete rezonátor naladěný na velmi specifické frekvence.
Pomocí experimentů, teoretických a numerickýchanalýza, ukázali jsme, že S-zakřivení v tenké skořápce může lokalizovat topologicky chráněné módy v "sweet spot" nebo inflexní linii, podobně jako exotické okrajové stavy v topologických izolátorech. Tento jev je nezávislý na materiálu, tedy vyskytuje se v oceli, skle nebo dokonce grafenu.
Peture Bride, spoluautor studie na Harvard School of Engineering and Applied Sciences
Zvuk hudební pily od rozšířenílevná a dostupná ocel se stala populární v lidové hudbě v různých zemích. Nástroj, vytvořený ohýbáním ruční pily na kov a nakláněním jako violoncello, dosáhl podle autorů díla svého vrcholu na estrádních scénách počátku 20. století a díky sociálním sítím zaznamenal obrodu.
„Z toho, jak muzikálová pila zpívá, vycházíúžasný efekt,“ říká Bride. - Když udeříte do plochého elastického plechu, jako je plech, celá konstrukce vibruje. Energie se rychle ztrácí, což má za následek tupý zvuk, který se rychle rozptýlí. Stejný výsledek je pozorován, pokud jej ohnete do tvaru J. Ale pokud list ohnete do tvaru S, můžete ho přimět vibrovat na velmi malé ploše, což dává čistý, trvalý zvuk."
Autoři práce se domnívají, že objev nabízíspolehlivý konstrukční princip pro vysoce kvalitní rezonátory bez ohledu na velikost a materiál, od makroskopických hudebních nástrojů až po zařízení v nanoměřítku, jednoduše kombinací geometrie a topologie. Tato technologie by podle vědců mohla nahradit použití složitých, pečlivě strukturovaných, periodických polí nanomembrán, které se nyní používají k řízení místních režimů.
Přečtěte si více:
Loví se po staletí: co víme o planetě Vulcan vedle Slunce
Fyzici experimentálně potvrdili nový základní zákon pro kapaliny
Astronomové našli zdroj záhadných rádiových výbuchů, které pocházejí z vesmíru