Aún queda por ver si la capa de invisibilidad de Harry Potter, que dirige perfectamente las ondas de luz alrededor de los objetos para hacerlos invisibles, se volverá realidad, pero perfeccionar una capa más crucial es imposible, según un nuevo estudio. Habría dirigido perfectamente las ondas de estrésen el suelo, como los que emanan de una explosión, alrededor de objetos como edificios para hacerlos "intocables"
A pesar de arrojar profundas dudas sobre docenas de artículos teóricos sobre el encubrimiento "elastodinámico", los autores del nuevo estudio del Instituto de Tecnología de Georgia no creen que los ingenieros civiles deban abandonarlo por completo, solo por la idea de una capa ideal.el encubrimiento aún podría agregar un grado de protección a las estructuras, particularmente contra algunas ondas de estrés comunes en los terremotos.
"Con el encubrimiento, existe la expectativa de que si obtiene cualquier tipo de onda de estrés desde cualquier tipo de dirección, una capa debería poder ocultarle el objeto. Ahora vemos que no es posible", dijo el investigador principalArash Yavari, profesor en la Escuela de Ingeniería Civil y Ambiental de Georgia Tech y en la Escuela de Ingeniería Mecánica George W. Woodruff. "Pero para una gran clase de perturbaciones, a saber, las perturbaciones en el avión, probablemente podría diseñar una buena capa."
En un terremoto, las perturbaciones en el plano son ondas sísmicas que siguen caminos planos y anchos, o planos, a través de la superficie de la Tierra.
Yavari y el coautor Ashkan Golgoon, un asistente de investigación graduado que estudia con Yavari, publicaron su estudio en la revista Archivo de Mecánica Racional y Análisis , una revista líder sobre mecánica sólida teórica, el 16 de mayo de 2019. La investigación fue financiada por la Oficina de Investigación del Ejército.
La capa de sueño
El sueño de encubrir para dirigir las ondas de estrés más allá de una estructura como si ni siquiera tiene mucho en común con el sueño de una capa de invisibilidad, que doblaría la luz - ondas electromagnéticas - alrededor de un objeto y luego lo señalaráel otro lado.
Las ondas de luz que golpean el ojo del espectador revelarían lo que está detrás del objeto pero no el objeto en sí. En el encubrimiento elastodinámico, las ondas no son electromagnéticas sino mecánicas, se mueven a través del suelo. Hipotéticamente, el encubrimiento del objeto lo aislaría por completo delolas.
En un escenario para proteger, por ejemplo, un reactor nuclear de cualquier onda de estrés que atraviese el suelo, ya sea por una calamidad natural o provocada por el hombre, idealmente, los ingenieros civiles podrían bajar la base del reactor a un agujero debajo de la superficie deconstruirían un cilindro protector o un recipiente subterráneo semiesférico a su alrededor con materiales especiales para dirigir las ondas de tensión alrededor del círculo.
Hay sueños, luego están los hallazgos del estudio.
"Probamos que la forma de la capa no importa, ya sea esférica o cilíndrica, no se puede ocultar completamente", dijo Yavari.
La analogía errónea
Una gran cantidad de teoría y matemática del encubrimiento electromagnético ligero se ha transferido a la investigación de encubrimiento elastodinámico, y algunos de los primeros parecen haber arrojado una llave inglesa al segundo.
"Muchas veces, las analogías de otros campos son útiles, pero la elasticidad agrega múltiples factores físicos que no tiene en el electromagnetismo", dijo Yavari. "Por ejemplo, el equilibrio del momento angular se está violando en gran parte de la literatura de investigación.
El momento angular es una propiedad de la masa en movimiento de rotación, y es resistente a los cambios. Muchas personas han experimentado un momento angular al inclinar un giroscopio giratorio y verlo obstinadamente moverse por un camino inesperado.
Aunque es una onda, la luz son fotones, que no tienen masa. Las ondas de estrés, por otro lado, viajan a través de la materia, específicamente, materia sólida en lugar de líquido o gas, y eso agrega una dinámica fundamental del mundo real ala ecuacion.
Esas dinámicas también afectan ese agujero que oculta el objeto. Sin él, las ondas de estrés viajan de manera bastante uniforme a través de un medio, pero con él, las tensiones se concentran alrededor del agujero y alteran la geometría ordenada de los patrones de onda.
¿La capa romana?
¿Qué hacer? Capa de todos modos. Si la solución ideal no existe, haga una imperfecta.
"Las matemáticas dicen que el encubrimiento no es posible en sentido estricto. Cuando lo entiendes, no pierdes el tiempo", dijo Yavari. "Formulas problemas que se optimizan con lo que sabes sobre las tensiones o cargas específicas que deseaspara proteger contra "
Los ingenieros podrían protegerse contra las tensiones sísmicas importantes si utilizan materiales que han sido previamente estresados específicamente, tienen ciertas propiedades elásticas y distribución de densidades que se detallan en el estudio. Una capa de la vida real puede ser inferior a un ideal y aún serExcelente.
"Si en lugar del 100 por ciento de la energía de las olas solo siento el 10 o el 20 por ciento, es un gran problema porque la ingeniería no es una búsqueda de ideales absolutos", dijo Yavari.
Incluso los antiguos romanos, notoriamente fóbicos matemáticos, parecen haber construido inadvertidamente capas sísmicas en su diseño de anfiteatros, según un informe publicado en Revisión de tecnología MIT . Su parecido con los dispositivos de encubrimiento experimentales modernos puede haber ayudado a preservarlos durante 2.000 años en regiones sísmicamente activas.
El nuevo estudio también examinó una idea popular en ingeniería civil de que construir con una familia de materiales que tienen una microestructura que los convierte en "sólidos Cosserat" podría permitir un encubrimiento perfecto. Los autores concluyeron que esto tampoco puede funcionar. El estudio funcionóno considere los llamados metamateriales, que han recibido atención por el cambio de ruta en ondas de luz particulares.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Georgia . Original escrito por Ben Brumfield. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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