Des ondes sonores qui imitent la gravité

Des ondes sonores qui imitent la gravité
Ondes sonores imitant la gravité - Le gaz chaud se déplaçant dans un récipient sphérique en verre sous l'influence d'une force acoustique similaire à la gravité présente des signes de convection. Les photographies prises 15, 40 et 140 millisecondes après l'activation de la force utilisent de fausses couleurs pour mettre en évidence les différences de luminosité. La principale caractéristique est un anneau de gaz chaud en expansion. - JP Koulakis et al. [un]

Un gaz chauffé peut désormais imiter la convection induite par la gravité trouvée à l'intérieur d'une étoile ou d'une planète massive, grâce à un effet acoustique récemment découvert. Parfois, une percée scientifique se révèle physiquement. En étudiant l'effet acoustique dans les ampoules à haute puissance, les chercheurs ont créé un appareil qui simule le champ gravitationnel autour des planètes et des étoiles. Les chercheurs ont prouvé que les ondes sonores à l'intérieur de l'ampoule produisent une force qui attire le gaz vers le centre de l'ampoule. Le gaz est repoussé par cette force gravitationnelle dans des cycles de convection similaires aux mouvements du liquide sur le Soleil et les principales planètes. Avec d'autres développements, le système peut étudier le comportement convectif qui est trop difficile à reproduire pour les ordinateurs.

En 2017, des études sur de puissantes lampes à soufre ont montré que les ondes sonores peuvent provoquer la condensation de gaz chauds au centre des ampoules. Le groupe acoustique de Seth Putterman à UCLA s'est occupé de ce phénomène inattendu. L'équipe a étudié le regroupement et a montré que la force du rayonnement acoustique pouvait l'expliquer. Cette force, qui se produit lorsque les ondes sonores sont diffusées par un objet tel qu'une petite perle, est bien connue grâce à la recherche sur la lévitation acoustique. Putterman et ses collègues ont montré que dans les ampoules, cette force agit à travers le gaz, où les changements de densité recentrent les ondes sonores, plutôt qu'à la surface d'un objet où le son est dispersé.

Selon le membre de l'équipe John Koulakis, "Nous savions que la force agit à une interface nette entre quelque chose de solide et un gaz." "Il y a une force dans l'ampoule, même s'il n'y a pas d'interaction nette."

En modélisant ce système, les chercheurs ont découvert que, dans certaines limites, la puissance acoustique était liée à la densité du gaz ; tout comme la force gravitationnelle dans un milieu est proportionnelle à la densité du milieu. Si les scientifiques peuvent créer une "gravité sonique" en laboratoire, ils peuvent étudier des sujets difficiles en géologie et en physique solaire à l'aide d'un système régulé. À la lumière de cette motivation, l'équipe a maintenant mis en place une expérience avec une force acoustique à symétrie sphérique, similaire au champ gravitationnel d'une planète ou d'une étoile.

Pour développer leur système analogique, Putterman et ses collègues ont utilisé des micro-ondes pour chauffer le gaz sulfureux à 3 ° C au cœur d'une coque en verre sphérique de 4000 cm de large. En modulant ce signal micro-ondes, ils ont pu produire des ondes sonores dans un modèle d'onde stationnaire à symétrie sphérique. La force acoustique dans cette expérience est vers l'intérieur, au moins pour l'espace extérieur de la sphère, conformément au modèle de l'équipe. Étant donné que la force gravitationnelle à la surface de la Terre est 1000 fois plus forte que la force acoustique de type gravitationnelle, la gravité acoustique doit être le facteur dominant entraînant le mouvement du gaz.

Une fois la force acoustique activée, les images de la sphère montrent le mouvement complexe du gaz. Ce mouvement a été déterminé par les chercheurs comme étant le flux convectif causé par le gaz chaud au centre. Des amas de gaz chauds « remontent à la surface » formant des panaches éblouissants, comme sur une planète ou une étoile géante gazeuse. Lorsque ces amas se rapprochent de la limite extérieure du verre, ils perdent de la chaleur et redescendent vers le centre.

Avec d'autres forces gravitationnelles telles que la force diélectrophorétique se développant dans des champs électriques intenses et fluctuants, les chercheurs ont déjà créé une convection de type planétaire. Mais la recherche avait besoin d'un environnement de microgravité pour décrire les effets de ces autres forces car elles sont si faibles.

En revanche, la force acoustique est suffisante pour permettre d'effectuer des tests dans un laboratoire à terre.

L'équipe trouve la convection dans une région thermodynamique, loin des conditions planétaires ou stellaires. De telles conditions seront difficiles à atteindre, mais les chercheurs prévoient d'augmenter la température à cœur du gaz, ce qui leur permettra d'étudier des champs thermodynamiques qui sont actuellement hors de portée des simulations informatiques. Bien que n'étant pas à l'échelle planétaire, dit Putterman, "cette configuration permettra d'évaluer la sensibilité à laquelle les programmes de convection mondiaux capturent plusieurs phénomènes non linéaires importants".

Le modélisateur de convection Nick Featherstone de l'Université du Colorado à Boulder décrit l'expérience comme "assez fantastique".

Selon Featherstone, le nouvel arrangement est un "grand pas en avant" car les efforts pour explorer la formation des champs magnétiques solaires et terrestres ont été limités par les difficultés expérimentales de générer une gravité à symétrie sphérique. "Je prédis que cela conduira à un changement dans la façon dont nous étudions les planètes et les étoiles dans un contexte de laboratoire dans les années à venir."

Source : physics.aps.org/articles/v16/10

 

 

Günceleme: 22/01/2023 23:31

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