Connect with us

Ilmu

Fisika Matematika Unik untuk Gergaji Bernyanyi

Published

on

Suara yang menakutkan dan halus dari nyanyian gergaji telah menjadi bagian dari tradisi musik rakyat di seluruh dunia.

Terbuat dari gergaji tangan logam yang dapat ditekuk dan ditekuk seperti cello, instrumen ini mencapai puncaknya pada tahap vaudeville pada awal abad kedua puluh.Anda abad dan melihat kebangkitan sebagian berkat media sosial.

Ternyata, fisika matematis gergaji yang unik mungkin memegang kunci untuk merancang resonator berkualitas tinggi untuk berbagai aplikasi.

Dalam sebuah makalah baru, tim peneliti dari Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) dan Departemen Fisika menggunakan gergaji bernyanyi untuk menunjukkan bagaimana geometri lembaran melengkung, seperti logam melengkung, dapat disetel untuk menciptakan osilasi berkualitas tinggi dan tahan lama untuk aplikasi dalam penginderaan, nanoelektronik, fotonik, dan banyak lagi.

“Gergaji tangan biasa dapat diubah menjadi instrumen melengkung yang mampu menghasilkan nada yang sangat konsisten ketika bilahnya ditekuk dengan benar. Mode akustik yang dilokalisasi pada titik belok diketahui mendasari kualitas resonansi gergaji, tetapi asal lokalisasi tetap ada. Sebuah misteri.” kutipan studi.

“Penelitian kami menawarkan prinsip-prinsip yang kuat untuk desain resonator berkualitas tinggi, skala dan material-independen, dari instrumen makroskopik hingga skala nano, hanya melalui kombinasi geometri dan topologi,” kata L Mahadevan, Profesor Matematika Terapan dan Biologi Organik dan Evolusi Lola England de Valpine, dan Fisika dan penulis senior studi ini.

Penelitian ini dipublikasikan dalam The Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

“Kemampuan untuk mempertahankan nada atau getaran mendasari desain sebagian besar perangkat audio, mulai dari alat musik hingga resonator nanomekanis. Terinspirasi oleh gergaji lirik yang mendapatkan kualitas musiknya dari kelengkungan bilahnya yang tidak biasa, kami bertanya bagaimana geometri dapat digunakan untuk menjebak dan melindungi mode akustik dari pembusukan. disipasi dalam media elastis yang terhubung. kutipan studi.

“Bagaimana gergaji liris bernyanyi berdasarkan efek luar biasa,” kata Peter Pride, seorang mahasiswa pascasarjana SEAS dan rekan penulis makalah ini. “Ketika Anda menabrak lembaran karet datar, seperti lembaran logam, seluruh struktur bergetar. Energi dengan cepat menghilang melintasi batas di mana ia ditahan, menghasilkan suara samar yang dengan cepat menyebar. Hasil yang sama terlihat jika Anda mencubit di J. Namun, jika Anda menekuk lembaran berbentuk S, Anda dapat membuatnya bergetar di area yang sangat kecil, yang menghasilkan nada yang jelas dan tahan lama.”

Geometri gergaji melengkung menciptakan apa yang disebut musisi sebagai sweet spot dan apa yang disebut fisikawan sebagai mode getaran lokal – wilayah terbatas pelat yang beresonansi tanpa kehilangan energi di tepinya.

Yang penting, geometri spesifik dari kurva S tidak menjadi masalah. S bisa dengan kurva besar di bagian atas dan kurva kecil di bagian bawah atau sebaliknya.

“Musisi dan peneliti telah mengetahui tentang pengaruh kuat geometri ini untuk beberapa waktu, tetapi mekanisme yang mendasarinya tetap menjadi misteri.” kata Suraj Shankar, Rekan Harvard Jr. dalam Fisika dan SEAS dan rekan penulis pertama studi tersebut. “Kami menemukan argumen matematis yang menjelaskan bagaimana dan mengapa ada efek yang begitu kuat dengan bentuk apa pun di kelas ini sehingga detail bentuk tidak penting, dan satu-satunya fakta yang penting adalah bahwa ada pembalikan kelengkungan di sepanjang gergaji. .”

Shankar, Bryde, dan Mahadevan menemukan penjelasan ini melalui analogi kelas sistem fisik yang sangat berbeda – isolator topologi. Sering dikaitkan dengan fisika kuantum, isolator topologi adalah bahan yang menghantarkan listrik di permukaan atau tepinya tetapi tidak di tengah, dan tidak peduli bagaimana Anda memotong bahan ini, bahan ini akan selalu mengalir di sepanjang tepinya.

“Dalam karya ini, kami menggambar analogi matematis antara akustik pelat melengkung dan sistem kuantum dan elektronik ini,” kata Shenkar.

Dengan menggunakan matematika sistem topologi, para peneliti menemukan bahwa mode getaran lokal di sweet spot gergaji bernyanyi diatur oleh parameter topologi yang dihitung yang hanya bergantung pada keberadaan dua kurva berlawanan dalam material. . Titik manis kemudian akan berperilaku seperti “tepi” internal pada gergaji.

“Dengan menggunakan eksperimen dan analisis teoretis dan numerik, kami telah menunjukkan bahwa pembengkokan berbentuk S dalam cangkang tipis dapat menentukan mode yang dilindungi secara topologi dalam ‘titik manis’ atau garis infleksi, mirip dengan keadaan tepi ganjil pada isolator topologi,” Kata kebanggaan. “Fenomena ini tidak tergantung pada materialnya, yang berarti akan muncul di baja, kaca, atau bahkan graphene.”

Para peneliti juga menemukan bahwa mereka dapat menyempurnakan lokalisasi mode dengan mengubah bentuk kurva S, yang penting dalam aplikasi seperti penginderaan, di mana Anda memerlukan resonator yang disetel ke frekuensi yang sangat spesifik.

Prospek studi:

“Pekerjaan kami menyarankan strategi alternatif yang terinspirasi oleh gergaji bernyanyi, yang hanya bergantung pada pemisahan intrinsik dari setiap lembaran tipis melengkung; dengan memanipulasi kelengkungan spasial, pola topologi yang terlokalisasi di dalamnya tetap terisolasi dan membusuk dengan sangat lambat, memungkinkan osilasi ultra berkualitas tinggi, bahkan mungkin dalam graphene yang sangat tipis.” kutipan studi.

referensi majalah

  1. Suraj Shankar, Petur Pride ll. Mahadevan, Kontrol Geometris Dinamika Topologi di Gergaji Liris. Prosiding National Academy of Sciences. 119 (17) e2117241119 doi: 10.1073/pnas.2117241119

READ  Astronom Menemukan Planet Jahat Mengambang Bebas
Continue Reading
Click to comment

Leave a Reply

Alamat email Anda tidak akan dipublikasikan.

Ilmu

Lihat pasangan galaksi menakjubkan yang ditangkap oleh Teleskop Hubble ini

Published

on

Pada hari Senin, NASA merilis gambar baru yang menakjubkan dari dua galaksi untuk memulai minggu terakhir Galaksi Galaksi. Gambar yang diambil oleh Teleskop Luar Angkasa Hubble menunjukkan galaksi elips NGC 541 dan galaksi kerdil tidak beraturan pembentuk bintang yang tidak biasa yang dikenal sebagai Objek Minkowski (objek kebiruan di kiri bawah NGC 541).

Distinguished Space Observatory sedang memantau Object Minkowski dan NGC 541 untuk lebih memahami bagaimana pembentukan bintang terjadi di wilayah ini, jenis pembentukan bintang yang terjadi, dan karakteristik jet yang menyebabkannya, tulis NASA dalam sebuah blog.

Pancaran radio dari NGC 541 kemungkinan mengarah pada pembentukan bintang di tubuh Minkowski, yang berusia sekitar 7,5 juta tahun dan terdiri dari sekitar 20 juta bintang.

Menurut NASA, galaksi radio seperti NGC 541 dikelilingi oleh lingkaran cahaya gas dan/atau puing-puing dari peristiwa penggabungan baru-baru ini, yang mungkin telah memicu aktivitas radio galaksi. Aliran jet menjadi gas hangat dengan kepadatan sedang di sekitar galaksi dan kejutannya memampatkan dan memanaskan gas, mengaktifkan atau mengionisasinya.

Ketika gas terionisasi kembali dari keadaan energi yang lebih tinggi ke keadaan energi yang lebih rendah, energi meninggalkan awan dalam bentuk radiasi. Ketika awan mendingin, mereka runtuh dan memunculkan bintang-bintang.

READ  Para astronom baru saja menemukan sebuah planet yang mengorbit tiga bintang

Continue Reading

Ilmu

Ilmuwan Harvard Mengungkap Perjalanan Melalui Lubang Cacing

Published

on

Gambar Getty

Pengunjung museum Astrologi Shanghai di Shanghai, China lintas

Nationalgeographic.co.id—Ilmuwan Universitas Harvard percaya bahwa perjalanan melalui lubang cacing atau lubang cacing, menembus ruang dan waktu adalah mungkin dan mungkin. Namun, perjalanannya akan lebih lama jika dibandingkan dengan perjalanan langsung.

Daniel Jafferis, dari Universitas Harvard, yang menulis bekerja sama dengan Ping Gao, juga dari Harvard dan Aron Wall dari Universitas Stanford telah mempresentasikan kemungkinan tersebut pada pertemuan American Physical Society. Menurut mereka, meski bisa dilakukan, namun perjalanan melalui lubang cacing adalah pekerjaan yang sia-sia.

“Butuh waktu lebih lama untuk melewati lubang cacing ini daripada pergi langsung, jadi mereka tidak terlalu berguna untuk perjalanan ruang angkasa,” kata Jafferis.

“Jadi, jangan mengemas tas Anda untuk perjalanan ke sisi lain galaksi. Meskipun secara teori mungkin, tidak ada gunanya bagi manusia untuk bepergian.”

Seperti diketahui, wormhole atau lubang cacing adalah konsep terowongan melengkung dalam ruang dan waktu. Terowongan dapat menghubungkan tempat-tempat yang jauh.

Dalam konsep teori relativitas kuantum, alam semesta melengkung dan mencoba membayangkannya seperti permukaan bola. Dan untuk mencapai sisi lain, perlu untuk melakukan perjalanan di sekitar permukaan bola. Nah, lubang cacing adalah sebuah konsep dalam teori yang menembus langsung ke sisi lain alam semesta.

Sejauh ini, lubang cacing dianggap sebagai jalan pintas untuk mencapai sisi lain alam semesta. Itu karena memiliki jarak yang lebih pendek daripada harus mengitari kelengkungan alam semesta.

Namun, menurut Daniel Jafferis, salah satu peneliti di Harvard University dan rekan-rekannya, meskipun jaraknya lebih pendek, melewati lubang cacing sebenarnya memakan waktu lebih lama daripada jika Anda melakukan perjalanan langsung ke sisi lain alam semesta.

READ  Astronom Menemukan 6 Galaksi yang Terjebak di Lubang Hitam Supermasif

Teori baru ini terinspirasi ketika Jafferis mulai berpikir tentang dua lubang hitam yang terjerat di tingkat kuantum. Sebagaimana dirumuskan dalam korespondensi dengan Juan Maldacena, ilmuwan dari Institute for Advanced Study dan Lenny Susskind dari Stanford.

Ilustrasi 3D lubang cacing.

Rost-9D

Ilustrasi 3D lubang cacing.



KONTEN YANG DIPROMOSI

Video Unggulan


Continue Reading

Ilmu

Survei CHES dapat mendeteksi planet ekstrasurya dalam jarak puluhan tahun cahaya dari Bumi menggunakan astrometri

Published

on

Kesan seniman dari Observatorium Gaia Badan Antariksa Eropa. Kredit: ESA

NASA menunjukkan bahwa 5.030 exoplanet telah dikonfirmasi dalam 3.772 sistem, sementara 8.974 kandidat lainnya sedang menunggu konfirmasi. Dengan ketersediaan instrumen generasi berikutnya seperti James Webb Space Telescope (JWST) online, jumlah dan keragaman exoplanet yang dikonfirmasi diperkirakan akan tumbuh secara eksponensial. Secara khusus, para astronom memprediksi bahwa jumlah planet terestrial dan super-Bumi yang diketahui akan meningkat secara dramatis.


Di tahun-tahun mendatang, peluang untuk studi exoplanet akan meningkat secara eksponensial dengan ditemukannya ribuan exoplanet lainnya. Dalam sebuah studi baru-baru ini, sebuah tim yang dipimpin oleh Akademi Ilmu Pengetahuan China (CAS) menjelaskan konsep baru untuk teleskop luar angkasa yang dikenal sebagai Closeby Habitable Exoplanet Survey (CHES). Observatorium yang diusulkan akan mencari planet mirip Bumi di zona layak huni (HZs) Bintang seperti matahari dalam 33 tahun cahaya (10 parsec) menggunakan metode yang dikenal sebagai astrometri relatif parsial-detik.

Cabang astronomi yang dikenal sebagai astronomi terdiri dari membuat pengukuran yang akurat dari posisi dan gerakan benda langit yang sesuai dengan membandingkannya dengan bintang referensi di latar belakang. Contoh metode ini termasuk Observatorium Gaia Badan Antariksa Eropa, yang telah mengukur pergerakan satu miliar bintang di Bima Sakti (ditambah 500.000 quasar jauh) sejak 2013. Data ini akan digunakan untuk membuat peta 3D paling akurat dari galaksi kita. pernah dibuat. hilang.

Dalam hal ini, para peneliti dari Chinese Academy of Sciences (CAS) dan beberapa observatorium dan universitas China menyarankan a teleskop luar angkasa Pengukuran astronomi resolusi tinggi dari bintang mirip matahari diperlukan untuk menemukan exoplanet yang mengorbit mereka. Misi CHES yang diusulkan akan beroperasi di titik Lagrangian antara Matahari dan Bumi L2 – tempat Teleskop Luar Angkasa James Webb (JWST) NASA saat ini berada – dan akan mengamati bintang target selama lima tahun. Target ini akan mencakup 100 bintang dalam jarak 33 tahun cahaya dari tata surya milik tipe F, G dan K.

READ  Pada 2022 NASA Akan Bepergian Ke Logam -Kaya Asteroid

Sementara bintang tipe F (katai kuning dan putih) lebih panas, lebih terang, dan lebih masif dari Matahari kita, bintang tipe G (katai kuning) sesuai dengan Matahari kita – bintang deret utama G2V. Sementara itu, bintang tipe K (katai jingga) sedikit lebih gelap, lebih dingin, dan kurang masif dari Matahari kita. Untuk setiap bintang yang diamatinya, CHES akan mengukur gangguan dinamis kecil yang disebabkan oleh eksoplanet yang mengorbit Tata Surya, yang akan memberikan perkiraan akurat tentang massa dan periode orbitnya.

Sebagai observatorium luar angkasa, CHES tidak akan terganggu oleh pergerakan Bumi dan atmosfer dan akan mampu membuat pengukuran astronomi yang cukup akurat untuk jatuh dalam bidang detik busur yang tepat. Jianghui Ji adalah profesor di CAS Major Planetary Science Laboratory di Nanjing, University of Science and Technology, dan penulis utama studi tersebut. Seperti yang dia katakan kepada Universe Today melalui email:

“Untuk planet dengan massa Bumi 1 AU di sekitar bintang tipe matahari 10 pc, fluktuasi astrometri bintang yang disebabkan oleh Bumi Kembar adalah 0,3 mikrodetik. Oleh karena itu, laju mikrodetik perlu diukur. Astrometri relatif untuk CHES dapat diukur. Pemisahan sudut tingkat mikrodetik yang akurat antara satu bintang target dan 6-8 bintang referensi. Berdasarkan pengukuran perubahan kecil ini, kami dapat mendeteksi jika ada planet terestrial di sekitar mereka.”

Secara khusus, CHES akan melakukan pengukuran langsung pertama dari massa dan kemiringan sebenarnya Bumi dan isotop super-Bumi yang mengorbit dalam HZ bintang mereka dan dianggap “layak huni.” Dr. Ji mengatakan muatan utama untuk misi tersebut adalah cermin berkualitas tinggi dengan diameter 1,2 meter (ft) dan bidang pandang (FOV) 0,44° x 0,44°. Cermin ini adalah bagian dari sistem anagram tiga sumbu (TMA), di mana tiga cermin melengkung digunakan untuk mengurangi aberasi optik.

CHES juga mengandalkan Mosaic Charge-Coupled Devices (CCDs) dan teknologi pengukuran laser untuk melakukan pengukuran astronomis dalam rentang 500nm ~ 900nm – termasuk cahaya tampak dan spektrum inframerah-dekat. Kemampuan ini akan memberikan keuntungan yang signifikan atas metode transit, yang masih merupakan metode yang paling banyak digunakan dan efektif untuk menemukan exoplanet. Dalam metode ini, bintang dipantau untuk penurunan luminositas secara berkala, yang merupakan indikator kemungkinan sebuah planet melintas di depan bintang (alias transit) relatif terhadap pengamat.

READ  Tim peneliti mengembangkan alat untuk menemukan planet seperti Bumi

Selain itu, CHES akan membantu transisi yang saat ini terjadi dalam studi exoplanet, karena fokusnya bergeser dari proses penemuan ke karakterisasi. Seperti yang dijelaskan oleh Dr. A:

“Pertama, CHES akan melakukan survei komprehensif terhadap bintang surya terdekat dalam jarak 10 bagian dari kita dan mendeteksi semua planet mirip Bumi di zona layak huni melalui astrometri, jika metode transit (seperti TESS atau PLATO) tidak memungkinkan. [This] Ini membutuhkan mengorbit tepi planet sehubungan dengan garis pandang pengamat.

Kedua, CHES akan memberikan pengukuran langsung pertama dari massa sebenarnya dari “Bumi kembar” kita dan Bumi super yang mengorbit bintang tetangga kita, di mana massa planet sangat penting untuk mengkarakterisasi sebuah planet. [transit method] Mereka umumnya dapat memberikan radius planet dan harus dikonfirmasi dengan metode berbasis Bumi lainnya, seperti kecepatan radial.

“Pada akhirnya, CHES akan menyediakan orbit tiga dimensi (misalnya, kemiringan) planet terestrial, yang juga berfungsi sebagai indikator penting lainnya yang terlibat dalam pembentukan dan karakterisasi planet.”

Kesan seniman tentang planet ekstrasurya yang mirip Bumi. Kredit: NASA/JPL-Caltech

Kemampuan ini akan membantu para astronom secara signifikan memperluas populasi planet ekstrasurya saat ini, yang sebagian besar terdiri dari raksasa gas (Jupiter atau Saturnus), Neptunus kecil, dan Bumi super. Tetapi dengan peningkatan akurasi dan sensitivitas instrumen generasi berikutnya, para astronom berharap bahwa jumlah isotop Bumi akan meningkat secara eksponensial. Ini juga akan meningkatkan pemahaman kita tentang beragam sifat planet yang mengorbit bintang mirip Matahari dan menjelaskan pembentukan dan evolusi tata surya.

Tetapi manfaat dari misi astrometri luar angkasa generasi berikutnya tidak berhenti di situ. Seperti yang ditunjukkan oleh Dr. Gee, dia akan dapat membantu survei yang mengandalkan metode kedua yang paling populer dan efektif untuk mendeteksi planet ekstrasurya, yang dikenal sebagai metode kecepatan radial (juga dikenal sebagai spektroskopi Doppler). Untuk metode ini, para astronom mengamati bintang-bintang untuk mencari tanda-tanda gerakan bolak-balik (“osilasi”) yang disebabkan oleh pengaruh gravitasi planet-planet dalam orbitnya. Selain itu, CHES dapat melakukan pengukuran gabungan dengan instrumen kecepatan radial presisi tinggi seperti Very Large Telescope (ELT) dan Thirty Meter Telescope (TMT). [It can also] Lihat kandidat planet layak huni yang dia temukan [this method], dan secara akurat mengkarakterisasi massa planet dan parameter orbital. “

READ  Astronom Menemukan 6 Galaksi yang Terjebak di Lubang Hitam Supermasif

Selanjutnya, CHES akan membantu memajukan batas-batas astronomi dan kosmologi dengan membantu pencarian materi gelap, studi lubang hitam, dan bidang penelitian lainnya. Penelitian ini akan memberikan wawasan baru tentang fisika yang mengatur alam semesta kita, pembentukan dan evolusi sistem planet, dan asal usul kehidupan itu sendiri. Observatorium lain, seperti Teleskop Luar Angkasa Roman Nancy Grace (dan ELT dan TMT), akan dapat melakukan studi pencitraan langsung dari planet ekstrasurya yang lebih kecil yang mengorbit lebih dekat ke bintangnya — tepatnya di tempat HZ berbatu. planet diharapkan dapat ditemukan.

Dikombinasikan dengan pengukuran astronomi yang dapat mengungkapkan ratusan exoplanet berbatu di sistem tetangga, para astronom bisa berada di ambang menemukan kehidupan di luar bumi.


Bahkan bintang pun ditakdirkan untuk mati karena supernova dapat memiliki planet


informasi lebih lanjut:

Jianghui Ji et al, CHES: Misi astronomi luar angkasa untuk menemukan planet yang dapat dihuni dari bintang tipe matahari dekat. arXiv: 2205.05645v1 [astro-ph.EP]Dan arxiv.org/abs/2205.05645

mengutip: Survei CHES dapat mendeteksi planet ekstrasurya dalam beberapa lusin tahun cahaya Bumi menggunakan astrometri (2022, 23 Mei), diambil 23 Mei 2022 dari https://phys.org/news/2022-05-ches-survey-exoplanet- lusin cahaya bertahun-tahun. html

Dokumen ini tunduk pada hak cipta. Bahkan jika ada kesepakatan yang adil untuk tujuan studi atau penelitian pribadi, tidak ada bagian yang boleh direproduksi tanpa izin tertulis. Konten disediakan untuk tujuan informasi saja.

Continue Reading

Trending