Se schimbă totul despre sunet. Descoperirea fascinantă a cercetătorilor

Multă vreme s-a considerat că sunetul au nevoie de un mediu pentru a se propaga, acest lucru nefiind posibil în vid. Dar un studiu recent făcut de doi oameni de știință de la Universitatea din Jyväskylä, Finlanda, a arătat că, în anumite condiții, sunetul se propagă chiar și prin vid.

Se schimbă totul despre sunet

Multă vreme am învățat la școală că sunetul nu se poate propaga prin vid. Încă din 1660, omul de ştiinţă englez Robert Boyle a dovedit faptul că undele sonore au nevoie de un mediu prin care să se propage pentru a transmite sunetele la distanţă.

La rândul său, marele savant Isaac Newton a demonstrat că viteza sunetului prin anumite materiale depinde de caracteristicile acestora. Mai exact, elasticitatea şi densitatea mediului de propagare determină viteza de propagarea sunetului prin acel mediu.

Dar oamenii de știință au demonstrat, în zilele noastre, că, în condițiile potrivite, sunetul poate să circule și printr-un vid perfect. Recent, însă, doi fizicieni au dovedit, într-un studiu publicat în Communications Physics, care sunt acele condiții necesare pentru ca acest lucru să aibă loc.

Zhuoran Geng și Ilari Maasilta, de la Universitatea din Jyväskylä, Finlanda, au declarat că descoperirile lor reprezintă prima dovadă riguroasă de creare a unui „efect de tunel” acustic în vid.

Pentru a obține acest lucru, ai nevoie de două materiale piezoelectrice – materiale de înaltă densitate de energie, ce produc un câmp electric când sunt expuse la o schimbare în dimensiune sub efectul unei forțe mecanice –  ce sunt capabile să transforme mișcarea în voltaj și invers.

Obiectele trebuie separate printr-o distanță mai mică decât lungimea de undă a sunetului pe care vrei să-l trimiți, ceea ce îl va „propulsa” prin spațiul vidat.

Descoperirea fascinantă a cercetătorilor

Efectul de tunel acustic este cunoscut încă din anii 1960, dar oamenii de știință au început abia recent să investigheze fenomenul, așa că nu au încă o idee prea clară despre cum se produce acest fenomen.

Pentru a se propaga, sunetul are nevoie de un mediu prin care să călătorească. Sunetele sunt generate de vibrații, ce duc la vibrații ale atomilor și moleculelor din mediul respectiv; acea vibrație trece la particulele învecinate. Putem recepta sunetele datorită membranei senzitive din urechile noastre.

Pe de altă parte, un vid perfect este caracterizat de completa absența a unui mediu. Din moment ce nu sunt particule care să vibreze, sunetul n-ar trebui să se poată propaga prin vid. Dar există anumite „portițe”.

Ceea ce este caracterizat drept vid poate avea, totuși, o vibrație generată de câmpuri electrice, lucru ce face din cristalele piezoelectrice un material fascinant pentru studiul propagării sunetului prin spațiul vid.

Acestea sunt materiale ce transformă energia mecanică în energie electrică și invers. Cu alte cuvinte, dacă supui unui stres mecanic un asemenea cristal, acesta va produce un câmp electric. Iar dacă expui același cristal unui câmp electric, el se va deforma. Acest fenomen este cunoscut drept efectul piezoelectric inversat.

Acum, devine și mai distractiv: vibrația unui sunet exercită un stres mecanic. Folosind oxidul de zinc drept cristal piezoelectric, Geng și Maasilta au descoperit că un cristal poate converti acest stres în câmp electric, dacă sunt îndeplinite anumite condiții.

Dacă există un al doilea cristal din aceeași gamă cu primul, el poate transforma energia electrică înapoi în energie mecanică și, iată, sunetul poate traversa vidul.

Pentru că fenomenul este similar cu efectul de tunel din mecanica cuantică, rezultatul studiului îi poate ajuta pe cercetători să studieze fenomenele cuantice, dar și alte domenii din fizică.

„În majoritatea cazurilor, efectul este mic, dar am descoperit, de asemenea, situații în care întreaga energie a sunetelor a traversat vidul cu o eficiență de 100%, fără nicio pierdere”, a spus Maasilta.

„Prin urmare, fenomenul își poate găsi aplicații în producerea componentelor microelectromecanice folosite mai ales în industria telefoanelor mobile, dar și în controlul temperaturii”.