Ett team av forskare från Harvard School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) och Institutionen för fysik
Musiksågens geometri, som noteratsforskare, skapar vad musiker kallar sweet spot, och fysiker kallar lokaliserade vibrationslägen. Detta är ett begränsat område på arket som ger resonans utan att förlora energi vid kanterna.
Genom att använda matematiken i topologiska system,Forskarna fann att de lokaliserade vibrationslägena i sweet spot av en sjungande såg styrs av en topologisk parameter som kan beräknas och är baserad på förekomsten av två motsatta kurvor i materialet. Forskarna fann också att de kan ställa in lägeslokaliseringen genom att ändra formen på S-kurvan, vilket är viktigt i applikationer som avkänning där du behöver en resonator inställd på mycket specifika frekvenser.
Använda experiment, teoretiska och numeriskaanalys har vi visat att S-krökning i ett tunt skal kan lokalisera topologiskt skyddade lägen i "sweet spot" eller inflexionslinjen, liknande exotiska kanttillstånd i topologiska isolatorer. Detta fenomen är oberoende av materialet, det vill säga det förekommer i stål, glas eller till och med grafen.
Pieture Bride, medförfattare till studien vid Harvard School of Engineering and Applied Sciences
Ljudet av musikalen såg sedan spridningenbilligt och prisvärt stål har blivit populärt inom folkmusik i olika länder. Tillverkat genom att böja en handsåg av metall och luta den som en cello, nådde instrumentet, enligt författarna till verket, sin höjdpunkt på vaudeville-scenerna i början av 1900-talet och upplevde ett återupplivande tack vare sociala nätverk.
"Sättet som musikalsågen sjunger bygger påfantastisk effekt”, säger Bride. – När du slår mot en platt elastisk plåt, till exempel en metallplåt, vibrerar hela strukturen. Energi går snabbt förlorad, vilket resulterar i ett matt ljud som snabbt försvinner. Samma resultat observeras om du böjer den till en J-form. Men om du böjer arket till en S-form kan du få det att vibrera över ett mycket litet område, och det ger ett rent, ihållande ljud."
Författarna till verket tror att upptäckten erbjuderen pålitlig designprincip för högkvalitativa resonatorer oavsett storlek och material, från makroskopiska musikinstrument till nanoskala enheter, helt enkelt genom att kombinera geometri och topologi. Denna teknik, säger forskarna, kan ersätta användningen av komplexa, noggrant strukturerade, periodiska arrayer av nanomembran som nu används för att driva lokala lägen.
Läs mer:
Den har jagats i århundraden: vad vet vi om planeten Vulcan bredvid solen
Fysiker har experimentellt bekräftat en ny grundläggande lag för vätskor
Astronomer har hittat källan till mystiska radioskurar som kommer från rymden