Såkaldte Rayleigh-Bloch-bølger kan frigive en enorm mængde energi, der kan skade tekniske systemer under visse omstændigheder. De findes kun under en nøjagtigt defineret afskæringsfrekvens; Over dette forsvinder de pludselig. Mærkeligt nok er der imidlertid isolerede høje frekvenser, hvor de også kan detekteres.
Matematikere fra universiteterne i Augsburg og Adelaide har for nylig foreslået en forklaring på dette forundrende fænomen. Sammen med forskere fra University of Exeter har de nu været i stand til at bevise eksperimentelt, at deres teori faktisk er korrekt. Undersøgelsen er netop blevet offentliggjort i tidsskriftet Kommunikationsfysik.
Antag, at du havde en gigantisk grillgrill, der let kunne rumme flere hundrede pølser. Derefter kunne du ikke kun bruge det til at invitere dine børns hele skole til en grill. De mange rustfrie stålstivere, der er justeret parallelt med hinanden, er også ideelle til at generere Rayleigh – Bloch -bølger.
Dette er vibrationer, der forplantes fra kløft til mellemrum mellem stivere og ikke mister nogen energi i processen. Over eller under gitteret, på den anden side, forfaldes de hurtigt.
“I princippet betyder det ikke noget, om de er sunde, lette eller vandbølger,” forklarer prof Dr. Malte Peter fra Institute of Mathematics ved University of Augsburg. “For at udvikle sig kræver de dog altid et gitter, der består af så mange regelmæssigt tilbagevendende stivere som muligt, langs hvilke de kan udbrede sig.”
Det hele afhænger af frekvensen
Rayleigh – Bloch -bølger frygter blandt andet, fordi de kan frigive meget store mængder energi. Hvis for eksempel pyloner er forankret på havbunden med regelmæssige intervaller, er der en teoretisk risiko for, at de vil blive ødelagt af disse bølger. Nogle aspekter af deres dannelse er dog stadig dårligt forstået.
“For eksempel ved vi, at kun vibrationer med en lav frekvens kan generere Rayleigh – Bloch -bølger,” siger Peter. “Over en bestemt afskæringsfrekvens forsvinder de pludselig. Interessant nok er der imidlertid isolerede høje frekvenser, hvor de kan detekteres igen. I lang tid vidste vi ikke, hvad forbindelsen var, og hvor de forsvinder til ved frekvenserne imellem. “
Sammen med sin kollega prof Dr. Luke Bennetts fra University of Adelaide, begyndte Augsburg -videnskabsmand at knække dette puslespil for et par år siden. På det tidspunkt lykkedes det de to at matematisk karakterisere Rayleigh-Bloch-bølgerne over afskæringen.
I henhold til dette omdannes de til en slags fantom over afskæringsfrekvensen. I matematiske termer kan afstanden mellem to bølgekrammer pludselig kun beregnes ved hjælp af imaginære tal (imaginære tal er dem, der – når de er multipliceret af sig selv – resulterer i en negativ værdi; normalt er firkantede tal altid positive).
Der er dog frekvenser over den afskæringsfrekvens, hvor denne imaginære komponent bliver meget lille. Og det er netop i disse tilfælde, at Rayleigh – Bloch -bølgerne pludselig kan opdages igen. “Indtil nu vidste vi imidlertid ikke, om dette fænomen kun vises i vores formler eller er også betydelig i virkeligheden,” forklarer Peter.
Dette har nu ændret sig med den aktuelle undersøgelse: I den beviser forskere fra University of Exeter, at Bennett og Peters beregninger ser ud til at være korrekte. De brugte en slags gigantisk grillgrill med en lille højttaler fastgjort til en sidesnest. Dette producerede lyde ved forskellige frekvenser. Forskerne brugte derefter en mikrofon til at analysere, hvordan lyden bølger forplantede sig langs gitteret.
Teoretisk forudsigelse bekræftede eksperimentelt
Den karakteristiske Rayleigh – Bloch -opførsel blev observeret under en bestemt tonehøjde: direkte omkring stivere var volumenet meget høj, mens det over og under gitterplanet faldt pludselig. Så snart afskæringsfrekvensen blev overskredet, forsvandt Rayleigh-Bloch-bølgerne. Imidlertid var de pludselig påviselige igen nøjagtigt i de frekvensområder, der blev forudsagt af Bennett og Peters formler. De “beliggende” beliggende “så tæt på stiverne, men spredte sig også noget lodret til gitterplanet.
“Vi fortolker dette som indflydelse fra deres imaginære del, som er meget lille ved disse frekvenser, men stadig til stede,” siger Peter.
Resultaterne forbedrer forståelsen af disse eksotiske bølger og tillader derfor også en bedre vurdering af forholdene, under hvilke de potentielt kan blive farlige. Imidlertid gør de det også muligt at designe antenner, som Rayleigh – Bloch -bølgerne kan overføres optimalt. Det kan være muligt i fremtiden at bruge bølgerne til kommunikationsformål, for eksempel til at overføre signaler med lavt tab på en lignende måde som et fiberoptisk kabel.