Группа ученых сосредоточила внимание на том, как распространяются звуковые волны в земле
 Один из кадров, полученных в ходе эксперимента в гранулированной среде высокоскоростной камерой. (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
Гранулированная субстанция очень хорошо поглощает энергию удара. Именно поэтому песок или гравий часто используют в качестве демпфера. Для прогнозирования макроскопического поведения этих сред и возникающих в них сил ученые разработали уравнения, описывающие, что происходит, когда гранулированная среда подвергается, к примеру, воздействию метеорита, артиллерийского снаряда и т.п. Однако в этом вопросе все еще не хватает фундаментального понимания. До сих пор ученые не знали, где и как именно происходит диссипация энергии и импульса.
Для ответа на этот вопрос группа ученых из Duke University (США) использовала специальную гранулированную среду, расположенную между двумя близко поставленными листами оргстекла, а также высокоскоростную камеру, позволяющую получать снимки со скоростью 40 тыс. кадров в секунду. Особенность использованной ими гранулированной среды заключалась в том, что при сжатии данный материал поворачивает поляризацию света, проходящего через него, таким образом, прохождение механического импульса можно было наблюдать визуально.
Когда на поверхность созданной среды падал тяжелый диск, отдельные гранулы начинали светиться, формируя светящиеся «сети» из частиц, непосредственно соприкасающихся между собой. Ранее в рамках исследований статических гранулированных систем существование таких «сетей» уже было выявлено. Считается, что они формируют несущие «колонны», удерживающие, к примеру, вес человека на поверхности сыпучего грунта. Но теперь ученые вышли за рамки этого статического понимания, получив динамическую картину процесса с высоким разрешением по времени.
Проведенные эксперименты показали, что энергия от замедления падающего на поверхность груза передается вниз по этим «сетям» посредством акустических импульсов миллисекундной длины, путешествующих в гранулированной среде со скоростью звука. Эти импульсы затухают после прохождения от 10 до 100 гранул, утратив свою энергию в ходе столкновения и трения между отдельными частицами.
Удивительным было то, что ученые обнаружили случайный характер времени и дальности распространения акустического импульса. Предыдущие исследования не показывали никаких признаков подобной случайности. Кроме того, было выявлено, что процесс в гранулированной среде практически не зависит от размеров снаряда, если он укладывается в диапазон от 10 до 30 диаметров гранул (хотя логичнее было бы предположить, что большие грузы будут замедляться более плавно).
Как считают коллеги ученых, обнаруженные закономерности еще более выделяют гранулированные среды на фоне жидкостей, с которыми люди привыкли их сравнивать. Они считают, что работа будет полезна для изучения процессов формирования кратеров на поверхности планет при ударе метеоритов, а также для понимания распространения оползней и других сыпучих потоков.
Результаты работы ученых были опубликованы в журнале Physical Review Letters.
Также по теме:
- Испанские ученые предложили акустический аналог графена
- Распространение звука можно контролировать еще лучше
- Немецкие ученые создали нано-ухо
- Можно ли закричать так, чтобы никто не услышал?
- Упавший в 1969 году метеорит открывает новые тайны ранней Солнечной Системы
Источники: