Zespół badaczy z Harvard School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) oraz Wydziału Fizyki
Jak zauważono, geometria piły muzycznejbadaczy, tworzy to, co muzycy nazywają słodkim punktem, a fizycy nazywają zlokalizowanymi modami wibracyjnymi. Jest to ograniczony obszar arkusza, który rezonuje bez utraty energii na krawędziach.
Wykorzystując matematykę systemów topologicznych,Naukowcy odkryli, że zlokalizowane mody wibracyjne w słodkim punkcie piły śpiewającej są regulowane przez parametr topologiczny, który można obliczyć i który opiera się na istnieniu dwóch przeciwstawnych krzywych w materiale. Naukowcy odkryli również, że mogą dostroić lokalizację modów poprzez zmianę kształtu krzywej S, co jest ważne w zastosowaniach takich jak wykrywanie, w których potrzebny jest rezonator dostrojony do bardzo określonych częstotliwości.
Korzystanie z eksperymentów, teoretycznych i numerycznychAnaliza wykazała, że krzywizna S w cienkiej powłoce może lokalizować topologicznie chronione mody w „sweet spot” lub linii przegięcia, podobnie jak egzotyczne stany brzegowe w izolatorach topologicznych. Zjawisko to jest niezależne od materiału, tzn. występuje w stali, szkle czy nawet grafenie.
Peture Bride, współautor badania w Harvard School of Engineering and Applied Sciences
Dźwięk muzycznej piły od czasu rozpowszechnianiatania i niedroga stal stała się popularna w muzyce ludowej w różnych krajach. Stworzony przez zginanie metalowej piły ręcznej i przechylanie jej jak wiolonczelę, instrument, według autorów dzieła, osiągnął swój szczyt na scenach wodewilowych początku XX wieku i przeżył odrodzenie dzięki sieciom społecznościowym.
„Sposób śpiewania piły muzycznej opiera się naniesamowity efekt” – mówi Bride. - Przy uderzeniu w płaską elastyczną blachę, np. blachę, wibruje cała konstrukcja. Energia jest szybko tracona, co powoduje przytłumiony dźwięk, który szybko się rozprasza. Ten sam wynik można zaobserwować, jeśli zgięcie go w kształt litery J. Ale jeśli zgiąsz arkusz w kształt litery S, możesz sprawić, że wibruje na bardzo małym obszarze, a to daje czysty, trwały dźwięk”.
Autorzy pracy uważają, że odkrycie oferujeniezawodna zasada projektowania wysokiej jakości rezonatorów niezależnie od rozmiaru i materiału, od makroskopowych instrumentów muzycznych po urządzenia w nanoskali, po prostu łącząc geometrię i topologię. Naukowcy twierdzą, że ta technologia może zastąpić stosowanie złożonych, starannie ustrukturyzowanych, okresowych macierzy nanomembran, które są obecnie wykorzystywane do sterowania trybami lokalnymi.
Czytaj więcej:
Poluje się na nią od wieków: co wiemy o planecie Vulcan obok Słońca?
Fizycy eksperymentalnie potwierdzili nowe prawo podstawowe dla cieczy
Astronomowie odkryli źródło tajemniczych rozbłysków radiowych pochodzących z kosmosu