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话题

软物质和液体

软物质和液体

二维无声斗篷

沉默之瓶

美国的研究人员已经制造出第一个实用的设备,该设备可以掩盖物体,使其免受声波的探测。隐身衣是由圆柱状的声腔阵列制成的,已证明可以在水中以超声波频率工作。原则上,该技术可适用于掩盖声纳中的水下物体。

几个研究小组已经设法建立“invisibility cloaks”将物体从电磁波中隐藏起来。这种斗篷是由“metamaterials” –具有特殊光学特性(例如负折射率)的人工结构。这些结构的布置使入射的光波在斗篷周围顺畅流动,在另一侧汇聚在一起,好像斗篷和物体不在那儿。

可以将相同的原理应用于声音。2008年,美国伊利诺伊大学厄本那香槟分校的Nicholas Fang及其同事创建了一种声学“superlens” using acoustic 超材料. Now Fang and team claim to have built the first practical 宽频 and low-loss acoustic cloak.

声学电容器和电感器

该设备包括15个同心圆柱体,半径从13.5开始变化–54.1 毫米每个圆柱体包含一系列通过通道连接的腔体,它们的作用类似于声电容器和电感器。空腔和通道的大小从一个圆柱体变化到另一个圆柱体,这为设备提供了隐身所需的声学特性。

To demonstrate their device, Fang and colleagues placed a solid object at the centre of the cloak and then fired sound waves at it. By detecting the sound 那reached the other side of the cloak using a hydrophone, they showed 那the cloak works across a range of acoustic frequencies from 52 to 64 kHz.

这个“broadband” response is unlike many optical cloaks, which tend to function only over an extremely narrow frequency range. 这个narrow optical response is related to restrictions on how the speed of light can vary inside and outside the cloak. These restrictions do not, however, apply to sound waves.

Another benefit of the design is 那that the metamaterial does not absorb much of the sound: if it did, the cloak might become apparent to an observer. 这个is unlike previous acoustic cloak designs, which relied on soft, absorbent materials.

Steve Cummer of Duke University in the US, who was not involved in the work, says 那the research is an important breakthrough in the development of acoustic 超材料. “This is the first real experimental demonstration 那acoustic 超材料 那achieve the properties required by transformation acoustics can be designed and constructed using relatively simple building blocks,” he says.

应该在3D模式下工作

One shortcoming of the design is 那it is restricted to cloaking objects from sound 那propagates in 2D –因此,对于许多现实应用而言,这是不切实际的。但是,康默告诉 physicsworld.com 那“转换声学的基本理论适用于2D和3D,并且在这些情况下所需的材料参数相似。老实说我不’t see why it couldn’不能使用2D腔来扩展3D腔”。 Cummer表示,制造3D设备的最大挑战是制造结构。

尽管该设计可用于隐藏声纳中的水下物体,但它确实有缺点。正如Cummer所指出的,隐身壳比被隐身的物体要厚得多:’s cloak needs a 40 毫米厚的外壳可隐藏约13个物体 直径毫米。尽管Cummer承认从方舟子那里学到的经验教训,但这种厚实的外壳对于屏蔽诸如潜艇之类的运动物体是不切实际的。’的示范可能会导致披风变薄。

这项工作在 物理莱特牧师 106 024301.

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