Физики создали звук, распространяющийся только в одном направлении: почему это важно

Представьте себе, что три человека стоят по кругу и когда говорит только один из них, то его слышит также только один человек из компании. Швейцарские физики создали устройство, которое работает похожим образом и обеспечивает распространение звука только в одном направлении. Исследование было опубликовано в журнале Nature Communications, пишет ScienceAlert.

У Фокус. Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и захватывающие новости из мира науки!

Подобно волнам света или воды, звуковые волны в типичной среде являются взаимными, то есть их колебания могут распространяться назад так же легко, как и вперед. Для любой пары отправителя и получателя звука можно поменять их роль, но ничего не поменяется. Если два человека будут разговаривать друг с другом с одной и той же громкостью без препятствий между ними, то люди будут хорошо слышать друг друга, поскольку звуковые волны свободно движутся в обоих направлениях.

Бывают моменты, когда нужно сделать звук невзаимным, возможно, когда требуется подавление шума. 10 лет назад американские физики разработали акустический циркулятор, который использовал небольшие вентиляторы для продувки воздуха через резонансное кольцо. Когда звук входит в один из трех портов, звуковые волны становятся невзаимными и их можно услышать только в одном из других портов, а не в обоих. Но звук рассеивался по мере своего распространения и его волны ослабевали, когда достигали пункта назначения. Поэтому швейцарские физики решили не допустить потери энергии звуковыми волнами во время их путешествия в одном направлении.

Ученые создали акустический циркулятор, который состоит из полости в форме диска с тремя равноудаленными портами, каждый из которых может отправлять или принимать звук. В неактивном состоянии звук, передаваемый из порта 1, слышен портам 2 и 3 с одинаковой громкостью. Звуковые волны также отражаются обратно в порт 1 в виде эха. Но, когда устройство работает, только порт 2 слышит звуки порта 1.

Дело в том, что входящий в полость воздух проникает туда с определенной скоростью и интенсивностью, что позволяет звуковым волнам синхронизироваться повторяющимся образом. В это случае звук не только распространяется в одном направлении, но звуковые волны получают больше энергии, чтобы не рассеиваться.

Ученые проверили работу своего устройства, посылая звуковые волны с частотой около 800 Гц. Оказалось, что звук не только не стал слабее, но звуковые волны даже стали сильнее, чем, когда они передавались из одного порта в другой. Самое главное, что третий порт не принял никакого звука, а потому цель была достигнута – звуковые волны распространялись в одном направлении.

Физики говорят, что их метод может помочь в разработке будущих технологий связи. Новые метаматериалы могут быть созданы для управления не только звуковыми волнами, но и потенциально электромагнитными волнами.

Ученые утверждают, что такой акустический циркулятор может помочь другим исследователям изучать распространение и управление звуковыми волнами. Эту концепцию можно даже использовать для направления электромагнитных волн, чтобы улучшить радары или системы связи.

Как уже писал Фокус, ученые из ЕКА показали захватывающие кадры нашей планеты из космоса. Европейское космическое агентство показало 11-секундное видео, на котором видна линия, разделяющая день и ночь на Земле.

Также Фокус писал о том, что из спутника Млечного Пути убегают звезды со скоростью 100 000 км/ч. Астрономы обнаружили 55 убегающих с невероятной скоростью звезд из Большого Магелланова Облака.