نامرئی کردن یک جسم در زیر جریان مایع
یک شنل نامرئی مصنوع است که می تواند یک رسانه را شفاف کند و آن را برای ناظران خارجی نامرئی کند. شاید یکی از معروف ترین نمونه ها شنل نامرئی متعلق به هری پاتر باشد که از آن برای موفقیت بزرگ در جنگ جادوگران دوم استفاده کرد. برای قرن ها، چنین وسیله جادویی فقط در داستان های علمی تخیلی وجود داشته است. توسعه اخیر فناوری فراماده راهی ممکن برای اعمال نامرئی شنل در واقعیت فراهم می کند.
مفهوم شنل نامرئی ساخته شده از متامتریال برای اولین بار توسط سر جان پندری و همکارانش در سال 2006 معرفی شد. از آن زمان، محققان در تلاش بوده اند تا نسخه های مختلفی از شنل نامرئی را اعمال کنند. روپوش های نوری وجود دارند که می توانند سوژه را در برابر نور مرئی شفاف کنند. روپوش های راداری وجود دارند که می توانند جسم را با تشخیص راداری غیرقابل شناسایی کنند. همچنین روپوش های آکوستیک وجود دارند که می توانند سوژه را برای صدا نامرئی کنند. تمام شنل‌ها که تاکنون به‌طور تجربی کشف شده‌اند، مربوط به فرامواد هستند که بلوک‌های ساختمانی مصنوعی با سلول‌های منفرد با طراحی معقول هستند. سلول های منفرد به عنوان اتم های مصنوعی متاماده عمل می کنند. با طراحی مناسب، آنها می توانند سرعت نور یا صدا را به میل خود کنترل کنند، این ویژگی برای مهندسی شنل بسیار مهم است. علاوه بر این، مفهوم فراماده حتی می تواند به دینامیک سیالات برای کنترل جریان سیال تعمیم یابد. با این حال، تولید سلول‌های منفرد از یک فراماده معمولاً شامل تولید میکرو یا نانو پیچیده است که اجرای پوشش‌های نامرئی در مقیاس بزرگ را دشوار می‌کند.
در شماره اخیر از بررسی علمی ملیتیم تحقیقاتی به سرپرستی پروفسور بیل ژانگ از دانشکده علوم فیزیکی و ریاضی، با همکاری پروفسور یو لو از دانشکده مهندسی برق و الکترونیک در دانشگاه فناوری نانیانگ، مقاله ای تحت عنوان "شنل بدون فرامواد Fluid Flow Cloak" منتشر کردند. هدف "تحصیل یک نسخه ساده شده از شنل نامرئی در مقیاس بزرگ بدون استفاده از هیچ ماده فراماده ای است.
این تیم نوع خاصی از شنل نامرئی را در جریان سیال کامل بررسی می کند. بدون هیچ مانعی، مایع در یک خط مستقیم جریان دارد، مانند نور منتشر شده در خلاء. هنگامی که مانع وجود داشته باشد، خط مستقیم معیوب خواهد شد و در تمام فضا پخش می شود. با تشخیص اعوجاج در خطوط فعلی، یک ناظر خارجی قادر است اندازه، شکل و موقعیت مانع را حس کند. یک شنل با جریان سیال به دنبال پنهان کردن چنین اعوجاج ها و بازیابی خطوط مستقیم اصلی جریان است. سرعت جریان سیال را با هدایت سیال برای جریان سریعتر به مانع و دور کردن آهسته تر از آن کنترل می کند. به این ترتیب مایع پس از عبور از مانع، به مسیر اصلی باز می گردد و در یک خط مستقیم به جریان خود ادامه می دهد، گویی که مانع آنجا نیست. بر اساس معادله برنولی، سرعت جریان سیال با جذر چگالی جرم مایع نسبت معکوس دارد. به عبارت دیگر، برای کنترل سرعت جریان سیال، لازم است که چگالی جرمی سیال به طور منطقی ساخته شود. برای این منظور، رویکردهای سنتی معمولاً بر فرامواد پیچیده متکی هستند.
تیم از منظری متفاوت با این مشکل برخورد کرد. آنها یک راه جایگزین برای کنترل چگالی جرم سیال با طراحی ساده ضخامت کانال سیال پیدا کردند. آنها نشان دادند که هرچه کانال سیال ضخیم تر باشد، چگالی جرم کمتر است، جایی که سیال سریعتر جریان می یابد. بنابراین، یک شنل نامرئی در مقیاس بزرگ را می توان با ضخیم تر کردن کانال سیال به مانع و نازک تر کردن آن از آن اعمال کرد. برای نشان دادن اثر پوشاندن، تیم دینامیک سیال بلادرنگ را ثبت کردند و جریان سیال را در سه مورد مقایسه کردند. در ویدیوی منتشر شده، جعبه مرجع در پانل سمت چپ نشان می دهد که سیال در یک خط مستقیم در یک کانال همگن جریان دارد. پانل میانی مربوط به حالتی است که خطوط برق از یک مانع خالی منحرف می شوند. پوشش شنل در پانل سمت راست نشان می دهد که چگونه جریان سیال به آرامی در اطراف مانع هدایت می شود و بدون انحراف به مسیر اصلی باز می گردد. خطوط مستقیم جریان خارج از شنل مشابه خطوط مورد مرجع باقی می مانند.
تحقیقات این تیم نه تنها یک پلت فرم قدرتمند برای استقرار ماسک های جریان سیال در مقیاس بزرگ فراهم می کند، بلکه اثرات گسترده ای بر کنترل سیال در کانال های میکروسیال دارد.
نقل قول: ساختن یک جسم نامرئی تحت جریان سیال (2022، 7 ژانویه)، استخراج شده در 7 ژانویه 2022 از https://phys.org/news/2022-01-invisible-fluid.html
این برگه یا سند یا نوشته تحت پوشش قانون کپی رایت است. به جز هرگونه معامله منصفانه به منظور تحقیق یا مطالعه خصوصی، هیچ بخشی بدون اجازه کتبی قابل تکثیر نیست. محتوا فقط برای مقاصد اطلاعاتی ارائه شده است.
[ad_2]