Подбирая свойства защитного материала, можно
скрывать от механических волн предметы разного размера и формы.
В перспективе – целые здания.
Окольцевав предмет определённым упругим материалом, его можно
сделать невидимкой для механических волн, — утверждает автор нового
исследования. Принцип предложено распространить на наземные сооружения.
Уильям Парнелл (William J. Parnell) из университета Манчестера разработал новую теорию «плаща невидимости», работающего в области упругих колебаний. В своей статье
в Proceedings of the Royal Society A британец показал, как можно
заставить волны плавно огибать объект, защищённый при помощи
неогуковских эластомерных материалов (Neo-Hookean solid). Такие
составы обладают нелинейной зависимостью между механическим напряжением
и деформацией. Парнелл установил, что если в кольце из эластомера
создать предварительное механическое напряжение, то с помощью подобной
системы можно произвольно управлять распространением упругих волн
определённого типа. В результате можно добиться эффекта, когда
мощные механические колебания среды (скажем, грунта) будут проходить
сквозь защищённый объект почти без искажений, словно его не существует.
Три случая прохождения упругих волн
в компьютерной модели Парнелла. Белый кружок – источник. Чёрный кружок –
защищаемая полость. В первом варианте она просто слишком мала (по
сравнению с длиной волны), чтобы создавать заметное искажение в картине.
В
двух других случаях она способна влиять на распространение колебаний.
На центральном рисунке показан участок, закрытый в соответствии с новым
принципом. Справа – полость без материала с предварительным напряжением.
Видно, что в последнем варианте объект «виден» для проходящих волн, а в
среднем — они его практически игнорируют (иллюстрация William Parnell).
Технология получила название «эластодинамическая маскировка» (Elastodynamic Cloaking). Её общая идея напоминает ту, которую выдвинула другая группа европейских исследователей в 2009 году. Однако
есть существенное отличие. В прошлой работе учёные предлагали создавать
в земле вокруг зданий многослойные кольца из метаматериала. Комбинируя
полимеры с разными упругими свойствами, можно добиться построения
объекта, механические характеристики которого, то есть реакция на
прохождение сейсмической волны, будут радикально отличаться от
характеристик каждой составляющей по отдельности. (И этот подход,
к слову, очень похож на исследования в области "плащей-невидимок", работающих с электромагнитными волнами.) А вот
Уильям полагает, что неоднородные (и при этом сложные) метаматериалы
в данном случае не нужны. Правда, его схема ещё нуждается в доработке.
Но в перспективе работа Парнелла может привести к появлению нового
метода защиты зданий от землетрясений. «Если теория может быть
расширена до более крупных объектов, то она приведёт к созданию „плащей"
для защиты сооружений. Или, возможно, что более реалистично, для защиты
самых важных частей этих структур», — утверждает изобретатель.
|