Een team van onderzoekers van de Harvard School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) en het Department of Physics
De geometrie van de muziekzaag, zoals opgemerktonderzoekers, creëert wat muzikanten de ‘sweet spot’ noemen, en natuurkundigen noemen gelokaliseerde trillingsmodi. Dit is een beperkt gebied op het vel dat resoneert zonder energie te verliezen aan de randen.
Met behulp van de wiskunde van topologische systemen,De onderzoekers ontdekten dat de gelokaliseerde trillingsmodi in de sweet spot van een zingende zaag worden bepaald door een topologische parameter die kan worden berekend en is gebaseerd op het bestaan van twee tegengestelde krommen in het materiaal. De onderzoekers ontdekten ook dat ze de moduslokalisatie kunnen afstemmen door de vorm van de S-curve te veranderen, wat belangrijk is in toepassingen zoals het detecteren waar je een resonator nodig hebt die is afgestemd op zeer specifieke frequenties.
Experimenten gebruiken, theoretisch en numeriekanalyse hebben we aangetoond dat S-kromming in een dunne schaal topologisch beschermde modi in de "sweet spot" of buiglijn kan lokaliseren, vergelijkbaar met exotische randtoestanden in topologische isolatoren. Dit fenomeen is onafhankelijk van het materiaal, d.w.z. het komt voor in staal, glas of zelfs grafeen.
Peture Bride, co-auteur van de studie aan de Harvard School of Engineering and Applied Sciences
Het geluid van de muzikale zaag sinds de verspreidinggoedkoop en betaalbaar staal is in verschillende landen populair geworden in de volksmuziek. Gemaakt door een metalen handzaag te buigen en te kantelen als een cello, bereikte het instrument, volgens de auteurs van het werk, zijn hoogtepunt op de vaudeville-podia van het begin van de 20e eeuw en beleefde het een heropleving dankzij sociale netwerken.
"De manier waarop de zaag zingt is gebaseerd op"geweldig effect”, zegt Bride. - Wanneer je op een platte elastische plaat, zoals een metalen plaat, slaat, trilt de hele structuur. Energie gaat snel verloren, wat resulteert in een dof geluid dat snel verdwijnt. Hetzelfde resultaat wordt waargenomen als je het in een J-vorm buigt. Maar als je het vel in een S-vorm buigt, kun je het over een heel klein gebied laten trillen en dat geeft een schoon, aanhoudend geluid."
De auteurs van het werk zijn van mening dat de ontdekking biedteen betrouwbaar ontwerpprincipe voor resonatoren van hoge kwaliteit, ongeacht de grootte en het materiaal, van macroscopische muziekinstrumenten tot apparaten op nanoschaal, simpelweg door geometrie en topologie te combineren. Deze technologie, zeggen de onderzoekers, zou het gebruik van complexe, zorgvuldig gestructureerde, periodieke arrays van nanomembranen kunnen vervangen die nu worden gebruikt om lokale modi aan te drijven.
Lees verder:
Er wordt al eeuwen op gejaagd: wat weten we over de planeet Vulcan naast de zon
Natuurkundigen hebben experimenteel een nieuwe fundamentele wet voor vloeistoffen bevestigd
Astronomen hebben de bron gevonden van mysterieuze radio-uitbarstingen die uit de ruimte komen