|
Волновые всплески там, где их быть не должно
|
|
|
|
Если вы когда-нибудь путешествовали на лодке, то, без сомнения, видели характерные V-образные волны, которые следуют за ней по пятам. Это поведение жидкостей было тщательно математически описано лордом Кельвином в 1887 году и получило название “след Кельвина”. Однако двумя годами ранее другой британский лорд — на этот раз по имени Джон Уильям Стратт, 3—й барон Рэлей - описал волны, проходящие сквозь твердые тела, такие как сейсмические волны, проходящие сквозь скалу. Эти волны со временем стали неразрывно связаны с их первооткрывателем и сегодня известны как “волны Рэлея”.
|
|
|
|
Хотя обе эти теории описывают, как волны проходят через материал, до сих пор они рассматривались как принципиально разные явления. В новом исследовании, опубликованном в журнале Physical Review Letters, группа ученых из Гарвардского университета обнаружила, что сверхмягкие твердые вещества, такие как гели или (что более важно) биологические ткани, стирают границы между этими двумя типами волн и, в процессе, связывают их поведение. И хотя жидкости и твердые тела были тщательно изучены за последнее столетие, динамика сверхмягких твердых веществ, особенно их уникальное сочетание инерции, эластичности и капиллярности, практически не изучалась.
|
|
|
|
Лакшминараянан Махадеван, возглавлявший исследование, говорит, что его отчасти вдохновило наблюдение за тем, как лодки плывут по реке Чарльз недалеко от кампуса Гарвардского университета.
|
|
|
|
“Я подозревал, что должен существовать естественный способ плавной интерполяции между поведением поверхностных волн на твердых телах и жидкостях”, - сказал Махадеван, профессор прикладной математики, в заявлении для прессы. “Большая часть нашей работы отражает более широкий научный подход: поиск возвышенного и тайного, скрытого в обыденном”.
|
|
|
|
|
|
|
Волны Кельвина излучаются в виде V-образной формы, также известной как “клин Маха”, и существенно не деформируют материал, как это делают волны Рэлея. Но Махадеван обнаружил, что сверхмягкие твердые тела могут образовывать волнообразный след и деформироваться под действием волны, а это означает, что волновой рисунок несет информацию о самом материале. Важно отметить, что команда обнаружила ключевую взаимосвязь между скоростью распространения возмущения в материале и его мягкостью. Например, быстро возникающее нарушение в мягких тканях приводит к сужению канала, и это может иметь жизненно важное значение для создания неинвазивных диагностических инструментов.
|
|
|
|
Исследователи называют эту идею “мягкой диагностикой” и полагают, что можно было бы использовать это странное свойство сверхмягких твердых тел для изучения тканей без необходимости вскрывать их. Например, в зависимости от того, как ведет себя сигнал при воздействии на орган, ученые могли бы оценить жесткость этого материала и определить, могут ли в организме присутствовать опухоли.
|
|
|
|
“Наше исследование поверхностных следов на сверхмягких эластичных поверхностях использует эксперименты и теорию для изучения ранее неизученного режима, в котором гравитация, капиллярность и эластодинамика действуют совместно”, - пишут авторы. “Наш подход также обеспечивает количественную основу для исследования динамики сверхпластичных твердых поверхностей”.
|
|
|
|
Источник
|
