นักฟิสิกส์ใช้รูปทรงเรขาคณิตของเลื่อยดนตรีเพื่อสร้างเสียงสะท้อน

ทีมนักวิจัยจาก Harvard School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) และภาควิชาฟิสิกส์

มหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ดใช้เลื่อยดนตรีเพื่อสาธิตวิธีการปรับเปลี่ยนและปรับแต่งรูปทรงของแผ่นโลหะโค้งเพื่อสร้างการสั่นสะเทือนคุณภาพสูงและยาวนาน

รูปทรงของเลื่อยดนตรีตามที่ระบุไว้นักวิจัยสร้างสิ่งที่นักดนตรีเรียกว่าจุดที่น่าสนใจ และนักฟิสิกส์เรียกว่าโหมดการสั่นสะเทือนเฉพาะที่ นี่เป็นพื้นที่จำกัดบนแผ่นซึ่งสะท้อนโดยไม่สูญเสียพลังงานที่ขอบ 

โดยใช้คณิตศาสตร์ของระบบทอพอโลยีนักวิจัยพบว่าโหมดการสั่นสะเทือนเฉพาะจุดในจุดที่น่าสนใจของเลื่อยร้องเพลงถูกควบคุมโดยพารามิเตอร์ทอพอโลยีที่สามารถคำนวณได้และขึ้นอยู่กับการมีอยู่ของเส้นโค้งสองเส้นที่ตรงกันข้ามในวัสดุ นักวิจัยยังพบว่าพวกเขาสามารถปรับแต่งโหมดโลคัลไลเซชั่นโดยการเปลี่ยนรูปร่างของ S-curve ซึ่งมีความสำคัญในการใช้งาน เช่น การตรวจจับตำแหน่งที่คุณต้องการเรโซเนเตอร์ที่ปรับให้เข้ากับความถี่ที่เฉพาะเจาะจงมาก

การใช้การทดลอง ทฤษฎีและตัวเลขจากการวิเคราะห์ เราได้แสดงให้เห็นว่าความโค้ง S ในเปลือกบางสามารถกำหนดโหมดการป้องกันเชิงทอพอโลยีใน "จุดหวาน" หรือเส้นการผันแปรได้ คล้ายกับสถานะขอบแปลกใหม่ในฉนวนทอพอโลยี ปรากฏการณ์นี้ไม่ขึ้นกับวัสดุ กล่าวคือ ปรากฏในเหล็ก แก้ว หรือแม้แต่กราฟีน

Peture Bride ผู้เขียนร่วมการศึกษาที่ Harvard School of Engineering and Applied Sciences

เสียงดนตรีเห็นตั้งแต่แพร่ระบาดเหล็กราคาถูกและราคาไม่แพงกลายเป็นที่นิยมในดนตรีพื้นบ้านในประเทศต่างๆ สร้างขึ้นโดยการดัดเลื่อยโลหะและเอียงเหมือนเชลโล เครื่องดนตรีดังกล่าวตามผลงานของผู้เขียน ถึงจุดสูงสุดบนเวทีการแสดงดนตรีของต้นศตวรรษที่ 20 และประสบการฟื้นคืนชีพด้วยเครือข่ายสังคมออนไลน์

"วิธีการร้องของละครเพลงขึ้นอยู่กับเอฟเฟกต์ที่น่าทึ่ง” เจ้าสาวกล่าว - เมื่อคุณกระแทกแผ่นยางยืดแบบแบน เช่น แผ่นโลหะ โครงสร้างทั้งหมดจะสั่นสะเทือน พลังงานสูญเสียไปอย่างรวดเร็ว ส่งผลให้เสียงทื่อที่หายไปอย่างรวดเร็ว จะสังเกตผลลัพธ์เดียวกันหากคุณโค้งงอเป็นรูปตัว J แต่ถ้าคุณดัดแผ่นให้เป็นรูปตัว S คุณสามารถทำให้แผ่นสั่นสะเทือนได้ในพื้นที่เล็กๆ ซึ่งจะทำให้ได้เสียงที่สะอาดและต่อเนื่อง"

ผู้เขียนงานเชื่อว่าการค้นพบเสนอหลักการออกแบบที่เชื่อถือได้สำหรับเครื่องสะท้อนเสียงคุณภาพสูงโดยไม่คำนึงถึงขนาดและวัสดุ ตั้งแต่เครื่องดนตรีระดับมหภาคไปจนถึงอุปกรณ์ระดับนาโน เพียงแค่ผสมผสานรูปทรงและโทโพโลยีเข้าด้วยกัน นักวิจัยกล่าวว่าเทคโนโลยีนี้สามารถแทนที่การใช้อาร์เรย์นาโนเมมเบรนที่ซับซ้อนและมีโครงสร้างอย่างระมัดระวังซึ่งปัจจุบันใช้เพื่อขับเคลื่อนโหมดท้องถิ่น

อ่านเพิ่มเติม:

มันถูกตามล่ามาหลายศตวรรษ: เรารู้อะไรเกี่ยวกับดาววัลแคนข้างดวงอาทิตย์?

นักฟิสิกส์ได้ทดลองยืนยันกฎพื้นฐานใหม่สำหรับของเหลว

นักดาราศาสตร์ได้ค้นพบที่มาของการระเบิดวิทยุลึกลับที่มาจากอวกาศ