Fizičari u laboratoriji napravili "crnu rupu" koja guta zvuk
Komentari
Dodajte Euronews kao željeni izvor na Google-u
Crne rupe poznate su po tome što "usisavaju" svetlost, ali novi akustični uređaj pozajmljuje tu ideju kako bi "progutao" zvuk.
Postoje situacije u kojima odbijanje zvuka može predstavljati ozbiljan problem. Najočigledniji primer su tonski studiji, ali jedno od najvećih problematičnih područja verovatno je manje očigledno upravo zato što je toliko rasprostranjeno - cevi.
Zvuk putuje ide kroz ventilacione sisteme, klimatizaciju, industrijske odvode ili vodovodne instalacije. a kada naiđe na prepreku, promenu oblika ili zatvoren kraj, može da počne nekontrolisano da se odbija unaokolo.
Sada su naučnici razvili domišljat mali uređaj koji može drastično da smanji te refleksije tako što praktično "guta" zvuk.
Naziva se zvučna crna rupa, a novi dizajn može da se izradi pomoću 3D štampe i ubaci direktno u postojeću cev, što predstavlja veliki iskorak u odnosu na konvencionalna rešenja kod kojih je crna rupa morala da bude ugrađena u samu cev.
"Zamislite da stojite ispred cevi koja je zatvorena na udaljenom kraju i da vičete u nju. Nakon kratkog kašnjenja, koje zavisi od dužine cevi, čuli biste eho koji se vraća sa zatvorenog kraja", objasnio je za ScienceAlert akustički inženjer Oriol Gvaš sa Univerziteta Ramon Ljul u Španiji.
"Ako bi se cev završavala zvučnom crnom rupom, praktično ne biste čuli nikakav eho. Sa akustičke tačke gledišta, bilo bi gotovo kao da je cev beskonačno duga i da nema kraj od kog bi zvuk mogao da se odbije nazad prema vama".
Usporavanje zvučnih talasa
Konvencionalna zvučna crna rupa sastoji se od prstenova ugrađenih u zidove cevi. U novom priključnom dizajnu prstenovi su postavljeni na centralnu šipku, što omogućava da se čitava konstrukcija ubaci u postojeću cev.
Umesto da koristi zvuk za simulaciju gravitacione fizike, ona je osmišljena da iskoristi neobično svojstvo zvučnih talasa: u odgovarajućim uslovima oni mogu postepeno da se usporavaju sve dok praktično nikada ne stignu do kraja svog putovanja.
To pomalo podseća na čuveni paradoks dihotomije antičkog grčkog filozofa Zenona, prema kojem putnik mora da pređe polovinu preostalog puta do odredišta, zatim polovinu od preostale polovine i tako u nedogled, pa se čini kao da nikada ne stiže na cilj.
Razlika je u tome što se u zvučnoj crnoj rupi talas zaista usporava dok putuje.
Unsplash/Erlend Ekseth
"Ono što se dešava talasu dok se približava kraju zvučne crne rupe na neki način podseća na ono što spoljašnji posmatrač vidi u blizini astrofizičke crne rupe: izgleda kao da talasu treba beskonačno mnogo vremena da dostigne graničnu tačku. U idealnom slučaju, kada talas jednom uđe u zvučnu crnu rupu, više ne izlazi iz nje", objasnio je Gvaš.
Taj akustični trik "nestajanja" krije se u samom dizajnu. Kao što astrofizička crna rupa zapravo nije rupa, tako ni njena zvučna verzija nije šupljina. Reč je o pažljivo projektovanoj strukturi koja menja način na koji se zvuk kreće kroz cev.
Kod konvencionalnih rešenja unutrašnjost cevi obložena je nizom prstenova i šupljina raspoređenih tako da zvučni talasi postepeno usporavaju dok prolaze kroz konstrukciju. Njihova talasna dužina postaje sve kraća, a energija se sve više koncentriše.
Ali postoji problem. Takve strukture moraju da budu ugrađene u samu cev, obično se proizvode zajedno sa njom, pa ih je teško naknadno instalirati u postojeće sisteme. Osim toga, efekat crne rupe deluje samo u ograničenom opsegu frekvencija.
Gvaš i njegove kolege zapitali su se da li mogu da reše oba problema tako što će čitavu ideju okrenuti naopačke - umesto levka, napraviti nešto što više podseća na zvučnu božićnu jelku.
"Koncept je iznenađujuće jednostavan i funkcioniše veoma dobro", rekao je Gvaš. "Sa praktične tačke gledišta, zvučna crna rupa može da se proizvede nezavisno od cevi, a zatim jednostavno ubaci u nju".
"Božićne jelke koje proždiru zvuk"
Dizajn tima sastoji se od niza prstenova postavljenih na centralnu šipku, pri čemu se njihovi prečnici postepeno menjaju duž njene dužine. Prostori između prstenova stvaraju šupljine koje remete način na koji zvuk putuje kroz cev.
Kada zvuk uđe u strukturu na njenom vrhu, počinje da se usporava, dok mu se talasna dužina postepeno smanjuje, a energija koncentriše prema udaljenijem kraju.
Unsplash/Mavis Hopper
Tu dolazi do pomenutog "nestajanja". Umesto da se jednostavno odbije nazad, veliki deo koncentrisane zvučne energije rasipa se kroz trenje i razmenu toplote između vazduha i površina uređaja, pa mnogo manje energije ostaje da se vrati kao eho.
Najneposrednija primena ove tehnologije je, naravno, kontrola buke, naročito u ventilacionim kanalima i prigušivačima gde reflektovani zvuk može da izazove probleme.
Istraživači već gledaju dalje i ispituju mogućnost razvoja zvučnih crnih rupa u dve i tri dimenzije, što bi moglo da nađe primenu u akustici prostorija.
Još postoji niz izazova koje treba prevazići pre nego što ove male "božićne jelke koje proždiru zvuk" počnu da se koriste u stvarnim uslovima. Različita okruženja nose različite probleme, od čestica koje mogu da zapuše šupljine do uticaja temperature, pritiska i strujanja vazduha.
Ipak, Gvaš je uzbuđen zbog mogućnosti manipulisanja zvukom na načine koji su donedavno delovali gotovo nemoguće.
"Lično, ono što me najviše inspiriše jesu fizika i matematika koje stoje iza svega ovoga, kao i način na koji povezuju oblasti znanja koje na prvi pogled deluju potpuno nepovezano. A, naravno, mogućnosti kontrole talasa koje danas možemo da ostvarimo verovatno bi pre samo nekoliko godina delovale kao naučna fantastika", rekao je istraživač za ScienceAlert.
Istraživanje je objavljeno u časopisu Applied Acoustics.
Povezane vesti
Bonus video:
Komentari (0)