Un niño se balancea en un columpio, ganando impulso con sus piernas. Para los físicos, este es un movimiento razonablemente fácil. Lo llaman oscilación paramétrica. Las cosas se vuelven más complicadas si, además de los esfuerzos del niño, la madre o el padre está cerca para empujar el columpio. La interacción entre la fuerza de empuje y la oscilación paramétrica puede volverse muy intrincada, lo que dificulta calcular cuánta fuerza gasta el padre en el movimiento de balanceo irregular resultante.
Un equipo interdisciplinario de físicos teóricos y experimentales en ETH Zurich ahora ha tenido éxito en este mismo cálculo. Los investigadores han podido describir por primera vez cómo se puede usar la oscilación paramétrica el propio impulso del niño para medir una fuerza externa el impulso de los padres. Su descubrimiento tiene aplicaciones para sensores, y los científicos han presentado una solicitud de patente para el principio subyacente.
Ventajas para sensores pequeños
"Muchos de los sensores actuales ya se basan en oscilaciones", dice Oded Zilberberg, profesor del Instituto de Física Teórica. "Con resonadores pequeños se puede medir, por ejemplo, fuerza, presión, masa, sonido o temperatura. Fuerza atómicalos microscopios también se basan en este principio ". Pero estas aplicaciones, que a menudo se encuentran en el campo de la microtecnología, actualmente usan oscilaciones menos complejas conocidas como oscilaciones armónicas.
Para que estas mediciones utilicen oscilaciones complejas, como lo proponen Zilberberg y sus colegas, es necesario un cambio de paradigma: los sensores tendrían que estar diseñados de manera diferente. El nuevo principio trae ventajas particulares para sensores muy pequeños, dice el físico.es posible construir sensores extremadamente pequeños pero precisos, ya que la señal de medición en el nuevo principio se destaca mejor contra el ruido de fondo que con los métodos actuales.
Experimentos con átomos y cuerdas de guitarra
Los científicos descubrieron el nuevo principio al analizar las oscilaciones paramétricas en un experimento de física cuántica con átomos de rubidio atrapados con láser. Habiendo entendido la interacción fundamental entre las oscilaciones paramétricas y empujadas, los investigadores demostraron directamente el efecto usando una cuerda de guitarra oscilante paramétrica.Los científicos ejercieron una fuerza pulsante en la cuerda mientras variaban continuamente la frecuencia del pulso. Los investigadores observaron que la fuerza de la vibración de la cuerda amplitud no cambió completamente continua, sino que hubo un salto brusco en la amplitud en un determinadofrecuencia. Como descubrieron, esta 'frecuencia de salto' depende directamente de la fuerza de la fuerza aplicada y, por lo tanto, puede usarse como un medidor de fuerza.
Zilberberg y sus colegas ahora están buscando socios industriales para ayudar a desarrollar sensores de alta resolución. El nuevo principio podría incluso aplicarse en la tecnología informática. Zilberberg: "En las primeras etapas de la era de la informática había memorias informáticas basadas enen los osciladores, conocidos como parametrones. Posteriormente, la industria informática perdió interés en ellos, pero nuestro descubrimiento podría dar nueva vida a este campo de investigación ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por ETH Zúrich . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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