Група дослідників з Гарвардської школи інженерії та прикладних наук (SEAS) та факультету фізики
Геометрія музичної пили, як зазначаютьдослідники створює те, що музиканти називають зоною найкращого сприйняття, а фізики — локалізованими вібраційними модами. Це обмежена область на аркуші, яка резонує без втрати енергії на краях.
Використовуючи математику топологічних систем,дослідники виявили, що локалізовані коливальні моди в зоні найкращого сприйняття співаючої пили регулюються топологічним параметром, який можна обчислити і який заснований на існуванні двох протилежних кривих у матеріалі. Дослідники також виявили, що вони можуть налаштовувати локалізацію моди, змінюючи форму S-подібної кривої, що важливо в таких додатках, як зондування, де вам потрібен резонатор, налаштований на дуже специфічні частоти.
Використовуючи експерименти, теоретичний та чисельнийаналіз, ми показали, що S-кривизна в тонкій оболонці може локалізувати топологічно захищені моди в «зоні найкращого сприйняття» або на лінії перегину, подібно до екзотичних крайових станів у топологічних ізоляторах. Це не залежить від матеріалу, тобто воно проявляється у сталі, склі або навіть у графені.
П'єтюр Брайд, співавтор дослідження з Гарвардської школи інженерії та прикладних наук
Звук музичної пилки з моменту розповсюдженнядешевої та доступної сталі став популярний у народній музиці у різних країнах. Створений шляхом згинання металевої ручної пилки та нахилу її, як віолончелі, інструмент, як зазначають автори роботи, досяг свого розквіту на сценах водевілю початку XX століття та пережив відродження завдяки соціальним мережам.
«Те, як музична пилка співає, засноване надивовижний ефект, — каже Брайд. — Коли ви б'єте по плоскому пружному листу, наприклад, металевому листу, вся конструкція вібрує. Енергія швидко втрачається, що призводить до глухого звуку, який швидко розсіюється. Той самий результат спостерігається, якщо ви зігніть його в J-подібну форму. Але якщо ви зігніть лист у S-подібну форму, ви можете змусити його вібрувати на дуже невеликій площі, а це дає чистий, тривалий звук.
Автори роботи вважають, що відкриття пропонуєнадійний принцип проектування високоякісних резонаторів незалежно від розміру та матеріалу, від макроскопічних музичних інструментів до нанорозмірних пристроїв просто за рахунок поєднання геометрії та топології. Ця технологія, за словами дослідників, може замінити використання складних, ретельно структурованих періодичних масивів наномембран, які використовуються для управління локальними модами зараз.
Читати далі:
За нею полювали століттями: що нам відомо про планету Вулкан поруч із Сонцем
Фізики експериментально підтвердили новий фундаментальний закон для рідин
Астрономи знайшли джерело загадкових радіосплесків, що йдуть з космосу