معلومات

3 مواد صوتية خارقة ربما لم تكن على علم بها

3 مواد صوتية خارقة ربما لم تكن على علم بها

المواد الخارقة هي مآثر لا تصدق للهندسة والعلوم. من خلال الجمع بين المواد الأساسية المختلفة بطريقة معينة ، يمكن استخدامها لمعالجة أشياء مثل الضوء والصوت بطرق لا تُرى في الطبيعة.

على سبيل المثال ، هل تريد إنشاء جهاز إخفاء الهوية؟ قد ترغب في التفكير في استخدام المواد الخارقة.

نستكشف هنا بعض السمات الأساسية للمواد الخارقة ونعرض ثلاثة تطورات حالية في علم المواد الخارقة.

ذات صلة: العلماء يطورون معادن جديدة والتي تسرِّق قوة أكثر فاعلية

ما هي المواد الخارقة وكيف تعمل؟

المادة الخارقة هي مادة ذات بنية صناعية قادرة على إظهار خصائص كهرومغناطيسية غير عادية لم تُرَ أو متوفرة في الطبيعة. تم تطويرها لأول مرة في أوائل العقد الأول من القرن الحادي والعشرين ، ومنذ ذلك الحين ظهرت كمجال متعدد التخصصات سريع النمو للبحث والتطوير.

"يتم تفصيل خصائص المواد الخارقة من خلال التلاعب ببنيتها الفيزيائية الداخلية. وهذا يجعلها مختلفة بشكل ملحوظ عن المواد الطبيعية ، التي يتم تحديد خصائصها بشكل أساسي من خلال مكوناتها الكيميائية وروابطها." - موسوعة بريتانيكا.

تميل هذه المواد إلى أن تكون مصنوعة بشكل عشوائي ، أو دوري ، من هياكل اصطناعية موزعة يكون حجمها ومساحتها أصغر بكثير من الأطوال الموجية للإشعاع الكهرومغناطيسي الوارد. مثال شائع موجود على المواد الخارقة هو الرنانات ذات الحلقة المنقسمة (SRRs).

كيف تصنع المواد الخارقة؟

المواد الفوقية هي شكل من أشكال المواد الهندسية التي أعطيت خصائص لا توجد عادة في الطبيعة.

"إنها مصنوعة من مجموعات من عدة عناصر مصنوعة من مواد مركبة مثل المعادن والبلاستيك. وعادة ما يتم ترتيب المواد في أنماط متكررة ، بمقاييس أصغر من الأطوال الموجية للظواهر التي تؤثر عليها." - ويكيبيديا.

لا تُشتق خصائص المواد الخارقة كثيرًا من المواد المكونة لها ، ولكن من هيكلها النهائي المصمم والهندسي.

"شكلها الدقيق وهندستها وحجمها واتجاهها وترتيبها يمنحها خصائصها الذكية القادرة على معالجة الموجات الكهرومغناطيسية: عن طريق منع الموجات أو امتصاصها أو تعزيزها أو ثنيها لتحقيق فوائد تتجاوز ما هو ممكن مع المواد التقليدية." - ويكيبيديا.

تملي بنية كل مادة خارقة بواسطة الظاهرة الطبيعية التي تم تصميمها للتلاعب بها أو التأثير عليها. يمكن أن يؤثر ذلك على الضوء المرئي أو الصوت أو الكهرباء ، على سبيل المثال لا الحصر.

ما هو معامل الانكسار السلبي؟

من المحتمل أن تكون على دراية بمفهوم الانكسار حيث ينحني الضوء أثناء مروره عبر وسط ، مثل الماء. مع مؤشرات الانكسار السالبة ، كما يوحي الاسم ، ينعكس الضوء فعليًا عند الانتقال من وسيط مؤشر موجب إلى سالب ، بدلاً من انكساره.

تميل المواد الفوقية بهذه الخاصية إلى أن تُبنى من أجزاء متباعدة بشكل دوري تسمى خلايا الوحدة. عادة ما تكون هذه الخلايا أصغر بكثير من الطول الموجي للإشعاع الكهرومغناطيسي الخارجي.

تتيح خاصية بعض المواد الخارقة للعلماء والمهندسين إنشاء أشياء مثل العدسة المسطحة للأجهزة البصرية. هذه أرخص في التصنيع ، وعادة ما تكون أخف ، ويمكن استخدامها في العديد من التطبيقات التي تتجاوز مجرد تركيز الضوء.

ما هي السماحية السلبية؟

السماحية السلبية هي قياس مقاومة المادة لمجال كهربائي وتفاعلها مع وسط عازل. تصف سماحية الوسيط مدى قوة المجال الكهربائي (بشكل أكثر دقة ، التدفق) "تولد" لكل وحدة شحنة في هذا الوسط.

إنه مبدأ أساسي تستند إليه عناصر مثل المكثفات.

"يوجد المزيد من التدفق الكهربائي في وسيط منخفض السماحية (لكل وحدة شحنة) بسبب تأثيرات الاستقطاب. ترتبط السماحية بشكل مباشر بالحساسية الكهربائية ، وهي مقياس لمدى سهولة استقطاب العازل استجابةً لمجال كهربائي. وبالتالي ، السماحية يتعلق بقدرة المادة على مقاومة مجال كهربائي. " - Researchgate.net.

لذلك ، فإن شيئًا مثل المادة الفوقية ذات السماحية السلبية سيكون له عدم مقاومة لمجال كهربائي معين.

يُطلق على معكوس السماحية السلبية ، بشكل غير مفاجئ ، السماحية المطلقة. هذا هو مقياس المقاومة الذي يتم مواجهته عند إنشاء مجال كهربائي في وسط معين.

بعض الأمثلة على المواد الخارقة الصوتية

المواد الخارقة الصوتية ، كما يوحي الاسم ، هي مواد مصطنعة مصممة خصيصًا للتحكم في الموجات الصوتية وتوجيهها ومعالجتها.

فيما يلي بعض التطورات الأخيرة.

1. هذه المادة الخارقة يمكنها بالفعل إلغاء الصوت

نجح باحثون في جامعة بوسطن مؤخرًا في إنشاء مادة خارقة يمكنها في الواقع إلغاء الصوت. كان هيكلها الذي يشبه الحلقة قادرًا على قطع الأصوات مع الحفاظ على تدفق الهواء في نفس الوقت.

يمكن أن يكون لهذا النوع من المواد الخارقة بعض التطبيقات المثيرة للاهتمام كشكل من أشكال التوهين الصوتي الخفيف وغير المزعج. يمكن استخدامه في أشياء مثل الطائرات بدون طيار لإلغاء ضوضاءها ، أو كعزل للصوت في المباني.

2. هذه المادة الخارقة الصوتية يمكنها في الواقع تركيز الصوت

يعمل الباحثون في جامعات ساسكس وبريستول في المملكة المتحدة على إنشاء مادة خارقة يمكنها تركيز الصوت. إذا نجحت ، يمكن استخدامه لإنتاج مكبرات صوت أو ميكروفونات فائقة الاستهداف.

إنها تعمل عن طريق تركيز الموجات الصوتية تمامًا كما يمكن للعدسة تركيز الضوء. وأفضل شيء؟ تم بناؤها جزئيًا من مكعبات LEGO!

هذه المادة التي يطلق عليها اسم "Vari-Sound" يمكن أن يكون لها تطبيقات في المسارح حيث تكون جودة الصوت في "المقاعد الرخيصة" على قدم المساواة مع تلك التي تجلس في المقدمة أو المركز.

3. هذه المادة الخارقة يمكنها نقل وتركيز الصوت

نجحت مجموعة من الباحثين في تصميم مادة خارقة يمكنها نقل الصوت على طول حوافها وتركيزها في مركزها. استخدم الفريق من جامعة مدينة نيويورك المجال الرياضي للطوبولوجيا لتصميم المادة الفوقية.

"لبناء مادتهم الفوقية الجديدة ، استخدم Alù وشركاؤه في البحث طابعة ثلاثية الأبعاد لإنشاء سلسلة من أدوات التشذيب الدقيقة ، وهي حلقة مكونة من ثلاثة رنانات صوتية. وألصق العلماء المقص لتشكيل شبكة مثلثة الشكل." - upi.com.


شاهد الفيديو: 10 نهايات غير متوقعة سترونها لأول مرة في حياتكم!! (كانون الثاني 2022).