Распространение звука в вакууме
Технологии и наука
Звук все же может распространяться в вакууме
Андрей Кадук, 16 августа 2023 в 10:52
Если есть определенные условия, то звук может проходить через идеальный вакуум. Физики выяснили, при каком сценарии это происходит.
Финские физики, представившие результаты своего исследования в журнале Communications Physics, говорят, что их открытие является первым доказательством полного звукового туннелирования в вакууме, пишет ScienceAlert.
Для того, чтобы звук распространялся ему необходима среда, через которую он проходит. На Земле это, например, воздух или вода. Звук появляется в результате вибраций, которые заставляют атомы и молекулы колебаться в определенной среде. Эта вибрация передается соседним частицам и люди могут слышать ее с помощью чувствительной мембраны в наших ушах.
Идеальным вакуумом считается место, где отсутствует любая среда. Если нет частиц, которые бы колебались, то звук не должен распространяться в вакууме. По словам ученых, то, что мы считаем вакуумом, все же может вибрировать электрическими полями, что делает пьезоэлектрические кристаллы интересным материалом для изучения распространения звука в пустых пространствах.
Пьезоэлектрические материалы
Пьезоэлектрические материалы преобразуют механическую энергию в электрическую и наоборот. Если приложить механическое усилие к кристаллу, то он создаст электрическое поле. Если подвергнуть кристалл воздействию электрического поля, кристалл деформируется.
По словам ученых, звуковая вибрация вызывает механическое напряжение. С помощью оксида цинка в качестве пьезоэлектрического кристалла, физики обнаружили, что кристалл может преобразовывать это напряжение в электрическое поле, когда соблюдаются определенные условия.
Звуковое туннелирование
Если рядом расположить два кристалла, то один из них может преобразовать электрическую энергию обратно в механическую и звуковая волна проходит таким образом через вакуум. Для этого два кристалла должны быть разделены расстоянием, которое не превышает длину исходной звуковой волны.
По словам ученых, данный эффект увеличивается с частотой. Пока вакуумный промежуток имеет нужный размер, даже ультразвуковые волны могут туннелировать сквозь вакуум между двумя кристаллами.
То есть между кристаллами возникает звуковое туннелирование. Хотя об этом явлении известно уже 60 лет, но только недавно ученые начали исследовать, как оно работает.
Ученые считают, что из-за того, что звуковое туннелирование похоже на квантово-механический эффект туннелирования, результаты нового исследования могут помочь в изучении квантовой информатики, а также других областей физики.
Открытие финских физиков: звуковые волны могут передаваться через вакуум
Ученые признают, что в большинстве случаев звуковые волны проходили через вакуум очень слабо, но были ситуации, когда звуковая волна прошла полностью со 100% эффективностью без каких-либо отражений.
Экспериментальная программа ученых
Как уже писал Фокус, физики зарылись под землю, чтобы раскрыть большую загадку Вселенной. Ученые разработали экспериментальную программу, чтобы попытаться обнаружить редкие взаимодействия между вимпами и обычными атомами. Это может привести к обнаружению загадочной темной материи.
Несоответствие теории Эйнштейна
Также Фокус писал о том, что ученые нашли несоответствие теории относительности Эйнштейна с тем, что они увидели в одной из двойных звездных систем. Увиденное явление может объяснить другая теория.
Звук действительно передаётся в вакууме, но совсем не так, как показывают в кино
Два финских физика выяснили условия, при которых звук может передаваться через идеальный вакуум. Эффект сродни квантовому туннелированию, но в дело вступает обычная физика и кое-какое оборудование. Открытие может помочь в разработке MEMS-электроники и в системах теплоотвода.
Источник изображения: Pixabay
Жуоран Генг (Zhuoran Geng) и Илари Маасилта (Ilari Maasilta) из Университета Ювяскюля (Финляндия) утверждают, что их работа отражает первое строгое доказательство полного акустического туннелирования в вакууме. Всё, что нужно для эксперимента, — это два пьезоэлектрических датчика, каждый из которых способен превращать звуковые волны в электрическое напряжение (и наоборот). При этом пьезоэлементы должны быть разделены зазором, меньшим, чем длина волны передаваемого звука. В результате звук перейдёт от одного элемента к другому с полной силой, если соблюсти необходимые условия.
Как звук передается в вакууме
Как мы знаем, для распространения звука необходима среда. Звук передаётся за счёт последовательной передачи колебаний атомов и молекул среды соседним частицам. Непосредственно люди слышат (ощущают) колебания воздуха чувствительной мембраной в ушах. Таких условий, очевидно, нет в чистом вакууме — там нечему колебаться и, следовательно, нечему распространять звуковые волны. Но есть лазейка — в вакууме могут распространяться электромагнитные поля, а это шанс для пьезоэлектрических кристаллов, которые в процессе деформации (под воздействием акустических волн) вырабатывают электричество. А где электричество, там и поля.
Учёные использовали в качестве пьезоэлементов оксид цинка. Звуковое колебание создавало механическое напряжение в материале, и это порождало в нём электрическое напряжение и, при определённых условиях, вело к появлению электромагнитного поля. Если в радиусе действия поля первого кристалла находился второй кристалл, то он преобразовывал поле в электрическую энергию и обратно в механическую — фактически в исходный акустический сигнал, который, таким нехитрым (или хитрым) образом преодолевал чистый вакуум. Ширина зазора при этом не должна превышать длины передаваемой звуковой волны.
Источник изображения: Geng and Maasilta, Commun. Phys., 2023)
Полное акустическое туннелирование в вакууме: новое открытие
Ученые из Университета Ювяскюля в Финляндии, Жуоран Генг и Илари Маасилта, провели исследование, которое показало, что звук может проходить через вакуум. Данное явление, названное полным акустическим туннелированием, может иметь широкие практические применения.
Открытие без ограничений частоты звука
Ученые определили, что эффект полного акустического туннелирования не зависит от частоты звука. Это значит, что он работает как для ультразвука, так и для сверхзвуковых частот.
Практическое применение открытия
Это открытие имеет потенциал для использования в различных областях. Например, оно может быть применено для развития квантовой связи или в микроэлектромеханических компонентах, таких как технология смартфонов.
Экспериментальное подтверждение исследования
Ученые продемонстрировали свое открытие на примере колокольчика, установленного под стеклянным куполом. Под воздействием вакуума звук колокольчика перестал звенеть, что является ярким экспериментальным доказательством их исследования.
Итак, полное акустическое туннелирование в вакууме открывает новые возможности и понимание принципов распространения звука. Это является важным шагом в науке и технике, открывая двери для будущих технологических разработок и инноваций.
Передача звуковых волн через вакуум
Для передачи звуковых волн через вакуум необходимы два пьезоэлектрических материала, способных преобразовывать движение в электрическое напряжение и наоборот. Объекты должны быть разделены зазором, который меньше длины волны звука, чтобы волна могла туннелировать через это пространство.
Исследование акустического туннелирования
Исследование акустического туннелирования началось сравнительно недавно, хотя о самом явлении известно с 1960-х годов. Учёные Генг и Маасилта теперь работают над формализмом для изучения этого явления и его практическим применением.
Распространение звука и вакуум
Для распространения звука необходима среда, поскольку звук возникает за счет вибраций, передаваемых от частицы к частице. В вакууме, где нет частиц, способных колебаться, звук теоретически не должен распространяться, но могут возникать исключения.
Пьезоэлектрические кристаллы
Пьезоэлектрические кристаллы способны преобразовывать механическое напряжение в электрическое поле и наоборот. Эксперименты с использованием оксида цинка в качестве кристалла показали, что энергия звука может передаваться между кристаллами через вакуум.
Практическое применение
Эффект передачи звука через вакуум масштабируется с частотой и может найти применение в различных областях, включая микроэлектромеханические компоненты и управление теплом.
Если вас заинтересовала статья, не стесняйтесь поддержать автора!
В новом исследовании, опубликованном 14 июля в журнале Communications Physics, говорится, что звук может распространяться в вакууме. Но, к сожалению, человеческий голос мы по-прежнему не сможем услышать.
Ученые передавали или «туннелировали» звуковые волны между двумя кристаллами оксида цинка, которые являются пьезоэлектриками. То есть материалами, создающими электрический заряд при деформации. Получается, звук воздействует на один кристалл, возникает электрический заряд, который разрушает близлежащие электрические поля. В итоге появляется электромагнитное излучение. Если два объекта разделяют одно поле, то они могут передавать друг другу магнитные волны, в которых содержится информация о частоте звуковых волн.
Если вы думаете, что не знаете никаких пьезоэлектриков, вспомните советские дисковые телефоны с крутящимся циферблатом. В них использовался пьезомикрофон, и работал он по такому же принципу, как описано в статье: кристаллы (в телефоне — угольный порошок в коробочке) при воздействии звука деформировались и создавали электрические заряды. Они-то и передавались собеседнику.
Можно ли общаться в космосе?
Теоретически, передавать можно как очень высокие, так и низкие звуки.
Однако звук не может распространяться на расстояние, превышающее длину одной волны. А еще такой метод ненадежен. Исследователи обнаружили, что в большинстве экспериментов части волны искажались или отражались при прохождении через электрическое поле.
«Чаще эффекта нет, но есть и ситуации, когда вакуум преодолевается со стапроцентной эффективностью»
По словам ученых, это открытие может однажды помочь в разработке деталей и микросхем, похожих на те, что используются в смартфонах. Кто знает, возможно в будущем станет возможным переписываться в космосе.
Впервые ученые показали, что звук может проходить через пустоту вакуума. Однако этот трюк, нарушающий правила, требует особых условий и может быть осуществлен только на очень малых расстояниях.
В культовом слогане научно-фантастического фильма 1979 года «Чужой» говорится, что «в космосе никто не услышит твоего крика». Это объясняется тем, что космос — это вакуум, область, лишенная каких-либо частиц. Звуковые волны распространяются, проходя через частицы среды, например воздуха или воды, от источника к получателю. Таким образом, в вакууме нет никакой среды для распространения звука. Космическое пространство на самом деле не является полным вакуумом, поскольку содержит небольшое количество газа, плазмы и других частиц. Но эта материя окружена огромными пространствами пустоты.
Однако в новом исследовании, опубликованном 14 июля в журнале Communications Physics, ученые показали, что звук может перемещаться в вакууме. К сожалению, это не распространяется на человеческие крики.
В новом эксперименте исследователи передавали звуковые волны через вакуум между двумя кристаллами оксида цинка, преобразуя колебания в пульсации в электрическом поле между объектами.
Кристалл оксида цинка является пьезоэлектрическим материалом, то есть при приложении к нему силы или тепла он создает электрический заряд. Поэтому, когда на один из таких кристаллов подается звук, он создает электрический заряд, который вызывает искажение близлежащих электрических полей. Если кристалл имеет общее электрическое поле с другим кристаллом, то магнитное искажение может распространяться от одного к другому через вакуум. Помехи отражают частоту звуковых волн, поэтому принимающий кристалл может превратить помехи обратно в звук по ту сторону вакуума.
Однако искажения не могут распространяться на расстояние, превышающее длину одной звуковой волны. Теоретически это работает с любым звуком, независимо от того, насколько мала длина волны этого звука, при условии, что зазор между кристаллами достаточно мал.
Метод не всегда надежен. В значительной части экспериментов звук передавался между двумя кристаллами не полностью: части волны искажались или отражались при прохождении через электрическое поле, обнаружили исследователи. Однако иногда пьезоэлектрические кристаллы идеально передавали всю звуковую волну.
«В большинстве случаев эффект невелик, но мы также обнаружили ситуации, когда вся энергия волны проходит через вакуум со 100%-ной эффективностью, без каких-либо отражений», — заявил соавтор исследования Илари Маасилта, физик-материалист из Университета Ювяскюля (Финляндия).
По словам ученых, это открытие может в будущем помочь в разработке микроэлектромеханических компонентов, подобных тем, которые используются в смартфонах и другой технике.
Физики обнаружили, что звук действительно может распространяться в вакууме при соответствующих условиях
16 августа, 2023 среда, 12:26
Физики из Финляндии провели исследование и установили, что звук может распространяться через идеальный вакуум, однако для этого требуются соответствующие обстоятельства
Об этом пишет Science Alert.
Два физика из Университета Ювяскюля в Финляндии заявили, что их открытие возможности распространения звука в вакууме является первым точным доказательством полного акустического туннелирования без проникновения воздуха.
О туннелировании акустических волн известно еще с 1960-х годов, но ученые начали исследовать это явление относительно недавно. Это значит, что человечество еще не очень хорошо понимает, как оно работает.
Финляндские ученые Ген и Маасилта работали над исправлением этого, сначала описав формализм для изучения акустического туннелирования, а затем применили его.
Они пришли к выводу, что для распространения звука нужна среда. Звук генерируется вибрацией, заставляющей атомы и молекулы в среде вибрировать. Человек испытывает эти вибрации из-за чувствительной мембраны в ушах. Идеальный вакуум – это полное отсутствие среды. Поскольку нет вибрирующих частиц, звук не должен распространяться.
Однако то, что квалифицируется как вакуум, все еще может жужжать электрическими полями. По словам ученых, это делает пьезоэлектрические кристаллы интересным материалом для изучения звука в иначе пустых пространствах.
Это материалы, превращающие механическую энергию в электрическую и наоборот. Другими словами, если вы применяете механическое напряжение к кристаллу, он создаст электрическое поле. И если подвергнуть кристалл воздействию электрического поля, кристалл деформируется. Это называется обратным пьезоэлектрическим эффектом.
Следует отметить, что звуковая вибрация оказывает механическое действие. Используя оксид цинка в качестве пьезоэлектрических кристаллов, Ген и Маасильта обнаружили, что кристалл может превратить это напряжение в электрическое поле при условии выполнения определенных условий.
То есть, если в радиусе действия первого есть второй кристалл, он может превратить электрическую энергию обратно в механическую – и тогда звуковая волна преодолеет вакуум. Для этого два кристалла должны быть разделены промежутком не более длины начальной акустической волны.
Такой эффект масштабируется с частотой. Пока вакуумный промежуток соответственно увеличивается, даже ультразвуковые и гиперзвуковые частоты могут туннелироваться через вакуум между двумя кристаллами. Поскольку это явление аналогично квантово-механическому эффекту туннелирования, результаты исследования могут помочь ученым изучать квантовую информационную науку, а также другие области физики.
"В большинстве случаев эффект невелик, но мы также обнаружили ситуации, когда полная энергия волны прыгает через вакуум со 100-процентной эффективностью, без каких-либо отражений. Это явление может найти применение в микроэлектромеханических компонентах (MEMS, технологии смартфонов) и в контроле тепла ", – отметил один из исследователей.
Статус: Регистрация: 30.05.06 Сообщений: 371499 Два финских физика выяснили условия, при которых звук может передаваться через идеальный вакуум. Эффект сродни квантовому туннелированию, но в дело вступает обычная физика и кое-какое оборудование. Открытие может помочь в разработке MEMS-электроники и в системах теплоотвода.Как мы знаем, для распространения звука необходима среда. Звук передаётся за счёт последовательной передачи колебаний атомов и молекул среды соседним частицам. Непосредственно люди слышат (ощущают) колебания воздуха чувствительной мембраной в ушах. Таких условий, очевидно, нет в чистом вакууме — там нечему колебаться и, следовательно, нечему распространять звуковые волны. Но есть лазейка — в вакууме могут распространяться электромагнитные поля, а это шанс для пьезоэлектрических кристаллов, которые в процессе деформации (под воздействием акустических волн) вырабатывают электричество. А где электричество, там и поля.
Статус: Регистрация: 30.05.06 Сообщений: 371499 Учёные использовали в качестве пьезоэлементов оксид цинка. Звуковое колебание создавало механическое напряжение в материале, и это порождало в нём электрическое напряжение и, при определённых условиях, вело к появлению электромагнитного поля. Если в радиусе действия поля первого кристалла находился второй кристалл, то он преобразовывал поле в электрическую энергию и обратно в механическую — фактически в исходный акустический сигнал, который, таким нехитрым (или хитрым) образом преодолевал чистый вакуум. Ширина зазора при этом не должна превышать длины передаваемой звуковой волны.
Статус: Регистрация: 30.05.06 Сообщений: 371499 Также учёные показали, что эффект не зависит от частоты звука. При соблюдении необходимого зазора он работает и для ультразвука и для сверхзвуковых частот. Обнаруженное явление может использоваться как для практических решений, так и для имитации квантового туннелирования, чтобы помочь в развитии квантовой связи, например.В последнем случае, очевидно, учёный имеет в виду отвод тепла от приборов, находящихся в вакууме, что может найти применение в космической технике и не только. О самой работе учёные рассказали в статье в журнале Communications Physics.
Статус: Регистрация: 24.09.10 Сообщений: 1887 ЦитатаЗвук действительно передаётся в вакуумеА из содержания статьи ясно, что не передаётся, а просто сделали грубо говоря приёмопередатчик прямого преобразования. Потом дойдут до необходимости усилителей, направленных антенн, преобразовние частоты подтянется. Стоп.. Где-то это уже проходили Это сообщение отредактировал ejik – 17.08.2023 – 10:57
Статус: Регистрация: 25.03.14 Сообщений: 1777 Ну если передаётся, то пусть приложут аудиозапись. И портянку читать не придётся. А без записи пиздежжж.Размещено через приложение ЯПлакалъ
Статус: Регистрация: 24.06.14 Сообщений: 1633 Это сообщение отредактировал i13th – 17.08.2023 – 10:56
Статус: Регистрация: 14.07.20 Сообщений: 1554 То что это не передача звука – очевидно. Сеня другое интересует, это каким таким хреном они определили длину звуковой волны в вакууме?
Статус: Регистрация: 21.08.18 Сообщений: 125 Со звуком в вакууме нас обманули, но КМК вся суть в последних трёх абзацах. Это сообщение отредактировал ttx777 – 17.08.2023 – 11:02
Статус: Регистрация: 11.12.08 Сообщений: 3107 Бля! что я прочитал. Грубо говоря – звук преобразовывается в эм. поле, которое принимается другим датчиком и преобразовывается в звук.Короче говоря радиопередатчик с приемником. Говорим на одном конце, слышим на другом. Если так, то можно сказать, сто в космосе происходит обмен информации с землей посредством звука. А всеэти радиоволны это всего лишь носитель звука.Ох уж эти ученые из Университета Ювяскюля (Финляндия)Это сообщение отредактировал sukhov2000 – 17.08.2023 – 11:19
Статус: Регистрация: 15.01.12 Сообщений: 941 То есть нифига не "ПИУ-ПИУ"??
Статус: Регистрация: 26.04.13 Сообщений: 1640
Статус: Регистрация: 2.10.17 Сообщений: 986 И причем тут звук если идет преобразования звуковой волны в электромагнитную в передатчике и обратно в приемнике?!
Статус: Регистрация: 19.06.23 Сообщений: 186 И какой смысл так заморачиваться, если можно просто воспользоваться, скажем радио волной?Размещено через приложение ЯПлакалъ
Статус: Регистрация: 9.07.12 Сообщений: 451 Находясь рядом с соплом ракетного или плазменного двигателя наверное можно услышать какой-то звук в космосе, но недолго, – испарится голова слушателя
Статус: Регистрация: 15.11.17 Сообщений: 20624 Странно, почему мы не слышим музыку звёзд?
Статус: Регистрация: 9.12.05 Сообщений: 4723 Короче, даже выйдя в открытый космос на МКС нельзя пердеть чтоб никто не услышал Это сообщение отредактировал ENRIQUE – 17.08.2023 – 14:33
Понравился пост? Еще больше интересного в Телеграм-канале Плакалъ!
1 Пользователей читают эту тему (0 Скрытых Пользователей) Просмотры темы: 1992