Звуковые волны в моделировании систем вращательной динамики инерционной кластеризации многих частиц
Группа исследователей, работающих в Чикагском университете, нашла способ использовать звуковые волны для моделирования системы вращательной динамики инерционной кластеризации многих частиц. В своей статье, опубликованной в журнале Physical Review Letters, группа описывает созданную ими модель и возможные варианты ее использования. Из-за сложности изучения удаленных тел, таких как экзопланеты и черные дыры , астрофизики вместо этого пытаются создавать модели для изучения. В этой новой работе исследователи создали физическую модель для изучения динамики вращения объектов, состоящих из множества более мелких объектов, когда они вращаются с разной скоростью.
Предоставлено: MX Lim et al. Физический обзор X (2022). DOI: 10.1103/PhysRevX.12.021017
Модель состояла из динамика внутри прозрачной коробки и пластиковых шариков миллиметрового размера. Нажимая на динамик, чтобы излучать стоячие звуковые волны, исследователи смогли поднимать пластиковые шарики в воздух на фиксированной высоте. Затем они воспользовались особенностями генерируемых ими звуковых волн, чтобы создать слабое притяжение между пластиковыми шариками, парящими над динамиком. Это притягивало их друг к другу, пока они не соединились, чтобы сформировать 2D круглый объект, похожий на обеденную тарелку. Затем, регулируя частоту звука, они смогли вращать созданный ими объект. Путем дальнейшей настройки параметров динамика они смогли контролировать скорость вращения своей тарелки с шариками.
Исследователи снимали действие, увеличивая скорость вращающейся пластины. Пластина изменилась с круглой формы на более овальную. По мере увеличения скорости вращения пластина начала разваливаться, отбрасывая шарики на близкое расстояние. А потом, что удивительно, брошенные шарики медленно воссоединились, образовав новую тарелку.
Исследователи отметили, что вращающаяся пластина ведет себя не так, как вращающаяся жидкость — ее эффективное поверхностное натяжение увеличивается для больших сгустков шаров — эффект, как они отметили, будет подобен чашке воды, имеющей другое поверхностное натяжение, чем ведро с водой воды. Они предполагают, что необходимы дальнейшие исследования, чтобы объяснить разницу. Они также отмечают, что их модель может быть использована для изучения действия других систем, таких как скалистые астероиды, по мере их роста.
