Метаматеріали акустики: відмінності між версіями

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до навігації Перейти до пошуку
Інтерактивний перегляд історії
[неперевірена версія][неперевірена версія]
← Попереднє редагуванняНаступне редагування →
Вилучено вміст Додано вміст
ВізуальнийВікірозмітка
Створено шляхом перекладу сторінки «Acoustic metamaterial»
Створено шляхом перекладу сторінки «Acoustic metamaterial»
Рядок 19: Рядок 19:


Щільність маси (або просто «щільність») матеріалу визначається як маса на одиницю об'єму, і виражається в грамах на кубічний сантиметр (г / см3). У всіх трьох класичних станах матерії-газу, рідини або твердому щільность змінюється зі зміною температури або тиску, і гази є найбільш чутливими до цих змін. Спектр щільності широкий: від 1015 р / см3 для нейтронних зірок, 1,00 г / см3 для води до 1,2 × 10-3 г / см3 повітря. Крім того,тут щільність області є масовою над (двовимірною) областю, лінійна щільністю - маса над одновимірною лінією, і відносна щільність, яка представляє собою щільність, поділену на щільність еталонного матеріалу, такого як вода.
Щільність маси (або просто «щільність») матеріалу визначається як маса на одиницю об'єму, і виражається в грамах на кубічний сантиметр (г / см3). У всіх трьох класичних станах матерії-газу, рідини або твердому щільность змінюється зі зміною температури або тиску, і гази є найбільш чутливими до цих змін. Спектр щільності широкий: від 1015 р / см3 для нейтронних зірок, 1,00 г / см3 для води до 1,2 × 10-3 г / см3 повітря. Крім того,тут щільність області є масовою над (двовимірною) областю, лінійна щільністю - маса над одновимірною лінією, і відносна щільність, яка представляє собою щільність, поділену на щільність еталонного матеріалу, такого як вода.

Для акустичних матеріалів і акустичних метаматеріалів, об'ємний модуль пружності і щільності є параметрами компонентів, які визначають їх показник заломлення.

=== Аналоги ===
[[Файл:Isostatic_pressure_deformation.png|праворуч|міні|Об'ємний модуль пружності - ілюстрація рівномірного стиснення]]
Наукові дослідження показали, що акустичні метаматеріали мають аналоги електромагнітних метаматеріалів, коли мають наступні характеристики:

У деяких смугах частот, ефективна щільність маси і об'ємний модуль пружності може стати негативним. Це призводить до негативного показника заломлення. Плоский горбиль фокусування, яка може привести до надвисокої роздільної здатності, подібно електромагнітним метаматеріалів. Подвійні негативні показники є результатом низькочастотних резонансів. У поєднанні з добре певну поляризацію при поширенні хвиль; к = | п | ш, є рівняння для показника заломлення, як звукові хвилі взаємодіють з акустичними метаматеріалів (нижче):
<ref name="acousticbook1">{{Cite book|url=https://books.google.com/books?id=AjdbPVfK7rkC&pg=PA183|title=Physics of Negative Refraction and Negative Index Materials: Optical and Electronic Aspects and Diversified Approaches|last=Krowne|first=Clifford M.|last2=Yong Zhang|year=2007|publisher=Springer-Verlag|location=New York|page=183 (Chapter 8)|isbn=978-3-540-72131-4}}</ref>
:: <math>n^2=\frac{\rho}{\beta} </math>
Притаманні параметри середовища є щільність ρ маси, об'ємний модуль пружності β, і хіральність к. Хіральність визначає полярність поширення хвилі (хвильового вектора). Отже, протягом останнього рівняння, рішення Веселаго типу (n2 = U * ε) можливі для поширення хвиль в якості негативного чи позитивного стану ρ і β визначають поширення прямої або зворотної хвилі.

У негативному заломленні, електромагні метаматеріали, негативна діелектрична проникність може бути знайдена в природних матеріалах. Проте, негативна проникність повинна бути спеціально створена в штучному середовищі передачі. Отримання негативного показника заломлення з акустичними матеріалами різному. Ні негативні р, ні негативні β невідомі в природі матеріалів; вони отримані з резонансних частот штучна виготовлений передавальної середовища (метаматериал), і такі негативні значення аномального відгуку. Негативний або ρ β означає, що при певних частотах середовища розширюється, коли відчуває стиснення (негативний модуль), і прискорюється вліво, коли штовхає вправо (негативна щільність).


=== Електромагнітне поле vs акустичного поля ===



== References ==
== References ==

Версія за 13:20, 13 червня 2017

Акустичний метаматеріал - матеріал, призначений для контролю та маніпуляцій звуковими хвилями, як це відбувається в газах, рідинах і твердих тілах. Лінія досліджень акустичних метаматеріалів походить від теорії та дослідження негативного індексу матеріалу. Крім того, з акустичних метаматеріалів, контрольовані звукові хвилі можуть бути розширені до ділянок негативного заломленні.

Контроль різних форм звукової хвилі , в основному, досягається за допомогою об'ємної пружності β, масової щільності ρ і хіральності. Щільність і об'ємний модуль є аналогіями електромагнітних параметрів, діелектричної проникності і проникності в негативний показник матеріалами. З цим пов'язане в механіці поширення хвиль в гратчастій структурі. Також матеріали мають маси та властивий ступінь жорсткості. Разом вони утворюють резонансну систему і механічний (звуковий) резонанс може бути порушено відповідними звуковими частотами (наприклад, імпульси в звукових частотах).

Історія

Акустичні метаматеріали були розроблені в ході наукових досліджень і як результат метаматеріалів. Новий матеріал був спочатку запропонований Віктора Веселаго в 1967 році, але не реалізований приблизно в наступні 33 роки. Джон Пендрі виробив основні елементи метаматеріалів в останній частині 1990-х років. Його матеріали були об'єднані, і тоді негативні індекси матеріали були реалізовані вперше в 2000 і 2001 роки, які справили негативне заломлення , тим самим розширюючи можливості оптичних і матеріальні дій. Отже, дослідження акустичних метаматеріалів має  мету більш широкої дії матеріалу зі звуковими хвилями.[1][2][3][4][5][6][7][8]

Дослідження з використанням акустичних метаматеріалів почалались в 2000 році з виготовлення і демонстрації звукових кристалів в рідині. За цим послідували перестановки поведінки спліт-кільця резонатора для дослідження акустичних метаматеріалів. Після цього подвійний негативний параметр (негативний об'ємний модуль βефективн і негативна щільність ρкеф) були зроблений за типом цього носія. Потім група дослідників представила дизайн і протестувала результати ультразвукового метаматеріалу лінзи для фокусування 60 кГц.

Більш ранні дослідження акустики в технології, яка називається акустичної інженерією, як правило, стурбовані тим, як зменшити небажані звуки, контроль шуму, як зробити  звуки для медичної діагностики, гідролокатора, відтворення звуку і як виміряти деякі інші фізичні властивості за допомогою звуку.

Використанням акустичних метаматеріалів напрямку звуку можна контролювати шляхом маніпулювання показником заломлення. Таким чином, традиційні акустичні технології розширені і можуть в кінцевому рахунку приховати певні об'єкти акустичного виявлення.

Основні Принципи

Так як акустичні метаматеріали є одними з гілки метаматеріалів, основний принцип акустичних метаматеріалів аналогічний принципу метаматеріалів. Ці метаматеріали зазвичай отримують свої властивості від структури, а не композиції, використовуючи включення малих неоднорідностей щоб прийняти ефективну макроскопічну поведінку. Подібно дослідженню метаматеріалів, досліджуючи матеріали з негативними метаматеріалами індексу, негативний індекс акустичних метаматеріали стали первинними дослідженнями. Негативний коефіцієнт заломлення акустичних матеріалів може бути досягнуто шляхом зміни об'ємного модуля пружності і масової щільності.

Магістральний модуль пружності і щільність маси

Нижче, об'ємний модуль пружності β речовини відображає опір цієї речовини для рівномірного стиснення. Вона визначається як відношення підвищення тиску до заданого відносного зменшення обсягу.

Щільність маси (або просто «щільність») матеріалу визначається як маса на одиницю об'єму, і виражається в грамах на кубічний сантиметр (г / см3). У всіх трьох класичних станах матерії-газу, рідини або твердому щільность змінюється зі зміною температури або тиску, і гази є найбільш чутливими до цих змін. Спектр щільності широкий: від 1015 р / см3 для нейтронних зірок, 1,00 г / см3 для води до 1,2 × 10-3 г / см3 повітря. Крім того,тут щільність області є масовою над (двовимірною) областю, лінійна щільністю - маса над одновимірною лінією, і відносна щільність, яка представляє собою щільність, поділену на щільність еталонного матеріалу, такого як вода.

Для акустичних матеріалів і акустичних метаматеріалів, об'ємний модуль пружності і щільності є параметрами компонентів, які визначають їх показник заломлення.

Аналоги

Об'ємний модуль пружності - ілюстрація рівномірного стиснення

Наукові дослідження показали, що акустичні метаматеріали мають аналоги електромагнітних метаматеріалів, коли мають наступні характеристики:

У деяких смугах частот, ефективна щільність маси і об'ємний модуль пружності може стати негативним. Це призводить до негативного показника заломлення. Плоский горбиль фокусування, яка може привести до надвисокої роздільної здатності, подібно електромагнітним метаматеріалів. Подвійні негативні показники є результатом низькочастотних резонансів. У поєднанні з добре певну поляризацію при поширенні хвиль; к = | п | ш, є рівняння для показника заломлення, як звукові хвилі взаємодіють з акустичними метаматеріалів (нижче): [9]

Притаманні параметри середовища є щільність ρ маси, об'ємний модуль пружності β, і хіральність к. Хіральність визначає полярність поширення хвилі (хвильового вектора). Отже, протягом останнього рівняння, рішення Веселаго типу (n2 = U * ε) можливі для поширення хвиль в якості негативного чи позитивного стану ρ і β визначають поширення прямої або зворотної хвилі.

У негативному заломленні, електромагні метаматеріали, негативна діелектрична проникність може бути знайдена в природних матеріалах. Проте, негативна проникність повинна бути спеціально створена в штучному середовищі передачі. Отримання негативного показника заломлення з акустичними матеріалами різному. Ні негативні р, ні негативні β невідомі в природі матеріалів; вони отримані з резонансних частот штучна виготовлений передавальної середовища (метаматериал), і такі негативні значення аномального відгуку. Негативний або ρ β означає, що при певних частотах середовища розширюється, коли відчуває стиснення (негативний модуль), і прискорюється вліво, коли штовхає вправо (негативна щільність).


Електромагнітне поле vs акустичного поля 

References

  1. ↑ Nahin, P.J., Spectrum, IEEE, Volume 29, Issue 3, March 1992 Page(s):45–
  2. ↑ James Clerk Maxwell. IEEE Global History Network. 2011. Процитовано 21 червня 2011.
  3. ↑ {{cite journal}}: Порожнє посилання на джерело (довідка)
  4. ↑ {{cite journal}}: Порожнє посилання на джерело (довідка)
  5. ↑ Nader, Engheta; Richard W. Ziolkowski (June 2006). Metamaterials: physics and engineering explorations. Wiley & Sons. с. xv. ISBN 978-0-471-76102-0.
  6. ↑ {{cite journal}}: Порожнє посилання на джерело (довідка)
  7. ↑ {{cite journal}}: Порожнє посилання на джерело (довідка)
  8. ↑ Negative refraction (electromagnetic) first demonstrated by D. Smith, S. Shultz, and R. Shelby (2000–2001)
  9. ↑ Krowne, Clifford M.; Yong Zhang (2007). Physics of Negative Refraction and Negative Index Materials: Optical and Electronic Aspects and Diversified Approaches. New York: Springer-Verlag. с. 183 (Chapter 8). ISBN 978-3-540-72131-4.
Отримано з https://uk.wikipedia.org/w/index.php?title=Метаматеріали_акустики&oldid=20558722