En un nuevo giro, un equipo de investigadores del Laboratorio de Investigación Naval de EE. UU. Y la Universidad de Texas en Austin ha aplicado a las ondas acústicas el concepto de "cancelación de dispersión", que durante mucho tiempo se ha utilizado para cancelar sistemáticamente los modos de dispersión dominantes deondas electromagnéticas de objetos.
El trabajo proporciona nuevas herramientas fundamentales para controlar la dispersión acústica y debería mejorar la capacidad de realizar mediciones acústicas en el laboratorio. Se describe esta semana en el Revista de Física Aplicada , de AIP Publishing.
"Dispersión" ocurre cuando un objeto tiene propiedades materiales diferentes a las del medio que lo rodea, como el aire o el agua, y su "modo" se caracteriza por la forma en que las ondas rebotan sobre él. Al aplicar un recubrimiento con el material apropiadopropiedades de los materiales, los modos de dispersión electromagnética pueden cancelarse, un proceso conocido como "cancelación de dispersión".
Resulta que esto se aplica igualmente bien a otros tipos de ondas, como las ondas acústicas. Como informa el equipo esta semana, los principios de dispersión no se limitan a las ondas electromagnéticas, sino que son una característica fundamental de cómo cualquier tipo de ondainteractúa con su entorno.
"Los científicos han pasado muchos años estudiando soluciones matemáticas para descubrir cómo se dispersan las ondas de los objetos simples, como esferas o cilindros. En la mayoría de los casos, han intentado resolver el 'problema de avance' para determinar cómo se verá el campo dispersopara un objeto en particular ", dice Matthew Guild, asociado de investigación postdoctoral del Consejo Nacional de Investigación en el Laboratorio de Investigación Naval de EE. UU.
Para la cancelación de dispersión, es deseable un campo disperso de cero, por lo que el equipo se propuso "explorar el 'problema inverso' de determinar qué propiedades de recubrimiento podrían proporcionar este resultado", dijo. "En realidad, es un poco complicado porque haytantas soluciones posibles, la mayoría, sin embargo, no son prácticas "
Un equipo del Laboratorio de Investigación Naval se centró previamente en un conjunto particular de soluciones que involucran polidimetilsiloxano PDMS, un polímero orgánico a base de silicio, para hacer que los objetos recubiertos "se sientan" como si tuvieran las mismas propiedades que el agua "."Estas soluciones son bastante robustas y pueden funcionar para una amplia gama de condiciones", señaló Guild.
¿El significado clave de este trabajo? Es la "formulación de un enfoque más general utilizando la cancelación de dispersión acústica para objetos complejos de formas extrañas", dijo Guild. Anteriormente, el enfoque se consideraba solo para formas relativamente simples como esferas sólidas ycilindros.
"Usando un recubrimiento que consiste en dos capas de fluido delgadas, teóricamente demostramos una reducción significativa en la resistencia a la dispersión y lo confirmamos mediante simulaciones de modelos de elementos finitos FEM en 3D", explicó. "Para poner la magnitud de esta reducciónen perspectiva, en el aire esto es equivalente a ir desde el nivel de una 'conversación de dos personas' hasta el de 'hojas susurrantes'. Este efecto funciona incluso cuando el objeto recubierto se coloca al lado de otros objetos ".
Quizás las implicaciones más relevantes del trabajo del equipo son su potencial para mejorar las mediciones acústicas de laboratorio. "Un principio fundamental de sondeo e investigación de sistemas físicos es que el proceso de medición puede perturbar inherentemente el sistema, a veces denominado" el efecto del observador'', señaló el Gremio.
A nivel cuántico, esto se cuantifica por el conocido principio de incertidumbre de Heisenberg. "Si bien el principio de incertidumbre no restringe los dispositivos de medición macroscópicos, en la práctica existen muchos otros límites del mundo real en las mediciones de ondas acústicas que puedenconducir a una interrupción del campo de sonido que se está investigando ", agregó.
Para los sistemas acústicos, esta interrupción del campo de sonido se puede minimizar a través de un hidrófono muy pequeño. Pero "la electrónica, el cableado y la carcasa necesarios para hacer que el hidrófono funcione, y mantenerlo protegido del medio ambiente, a menudo son bastante grandes ypuede interrumpir significativamente el campo ", dijo Guild.
La cancelación de dispersión permite que el campo disperso fuera del objeto recubierto se reduzca significativamente, sin reducir el campo en el interior ". Esto nos permite considerar el potencial de un hidrófono acústico ideal, uno que permita la medición del sonido en unajuste de laboratorio sin perturbar el campo acústico ", dijo.
Si bien el trabajo actual del equipo se enfoca en desarrollar una formulación de cancelación de dispersión acústica más general usando análisis teórico y simulación numérica, su objetivo en el futuro es "verificar experimentalmente estos resultados" a partir de experimentos de cancelación de dispersión acústica demostrados en el Laboratorio de Investigación Naval de EE. UU..
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Americano de Física . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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