شرح خبر

به لطف شبیه‌سازی‌های کامپیوتریِ «مخفی‌کننده‌های آبی»، که دو پژوهشگر در ایالات متحده انجام دادند، ساخت کشتی‌ها با بازدهی بالا در مصرف سوخت، که از خود هیچ خط سیری برجا نمی‌گذارند، به زودی محقق می‌شود. یاروسلاو اورژوموف (Yaroslav Urzhumov) و دین کالور (Dean Culver) از دانشگاه دوک نشان دادند که امواج الکترومغناطیسی می‌توانند یون‌های موجود در آب اقیانوس‌ها را به شکلی شتاب دهند که تمام جریان‌‌های گردابیِ به وجود آمده توسط کشتی‌های دریاپیما به طور کامل محو شود. این مقاله فرصت‌های جدیدی برای تولید کشتی‌هایی با بازده پیش‌رانش بهتر در اختیار بشر می گذارد و هم‌چنین می‌تواند برای ساخت کشتی‌هایی که آشکارسازی و تعقیب آن‌ها دشوارتر است، به خدمت گرفته شود.


مخفی‌کننده آبی: نمونه‌ای غیردقیق از ابزار پیشنهادشده در این پژوهش

اورژوموف می‌گوید: «این ایده‌ی مخفی‌سازی، روش جدیدی برای ایجاد نیروهای پیرامون یک کشتی یا شی زیردریایی، که لازم است خط سیر آن به طور کامل محو شود، ارائه می‌کند».

امواج راهنما

ایده‌های اولیه این «سامانه مخفی‌کننده آبی» زمانی شکل گرفت که فراماده‌ای به طور ویژه برای پوشش دادن بدنه کشتی‌ طراحی شد. فراماده‌ها (متامتریال‌ها) در اپتیک و آکوستیک متداول هستند و دارای ساختاری می‌باشند که می‌تواند نور یا امواج صوتی را به شکلی خم کند که مواد عادی قادر به انجام این کار نیستند. در سال 2011، اورژوموف و هم‌کارانش به دنبال ساخت ماده‌ای متخلل بودند که شبکه‌ای پیچیده از پمپ‌های بسیار کوچک بر روی آن قرار گرفته بود. قرار بود این پمپ‌ها به صورت فراماده‌ای برای هدایت امواج آب عمل کنند. آن‌ها امیدوار بودند این سامانه بتواند تمام جریان‌های گردابی ناشی از حرکت کشتی را حذف کند.

اورژوموف فهمید مشکلاتی در این روش وجود دارد که ناشی از نیروهای برشی در آب است. هنگامی که آب با قرار گرفتن شیئی در آن، آشفته می‌شود، نیروهای بین مولکولی تمایل دارند کاری کنند که شکاف ایجادشده در آب بیشتر شود و فراماده آن‌ها واقعاً نمی‌توانست این نیروهای برشی را حذف کند. هم‌چنین این گروه دقیقاً نمی‌دانستند چگونه چنین پمپ‌هایی بسازند. آن‌ها چندین طرح پیشنهادی ارائه کردند، اما نتوانستند راهی برای پیاده‌سازی آن‌ها در یک ساختار متخلل پیدا کنند.

هل دادن یون‌ها به اطراف

اخیراً اورژوموف و کالور روشی جدید برای هدایت امواج آبی ابداع کردند. این بار آن‌ها از نیروهای مگنتوهیدرودینامیک بهره گرفتند که به حرکت ذرات باردار موجود در یک سیال رسانا، زمانی که در میدان‌های الکترومغناطیسی قرار می‌گرفتند، مربوط می‌شد. میدان، جریان الکتریکی در سیال القا می‌کرد و موجب قطبش ذرات باردار می‌شد. ذرات قطبیده‌شده نیز به نوبه خود میدان مغناطیسی را تغییر می‌دادند که موجب می‌شد در سیال به طور یک‌جا نیرویی ایجاد شود.

در آب دریا مقادیر فراوانی از یون‌ها، از جمله سدیم، پتاسیم و منیزیم وجود دارد و بنابراین این یون‌ها در معرض نیروهای مگنتوهیدرودینامیک قرار می‌گیرند. در روش جدید اورژوموف و کالور، با استفاده از میدان‌های الکترومغناطیسی به آب به شکلی شتاب داده می‌شود که آب همانند زمانی که در شرایط آشفتگی عادی قرار دارد، حرکت می‌کند، و ضرورتاً هنگام عبور کشتی «آب به کناره‌ها هل داده می‌شود». هنگامی که کشتی از میان این سیال شتاب‌گرفته عبور می‌کند، هرگونه جابه‌جایی مرتبط با جریان‌های گردابی و نیروهای برشی به طور کامل حذف می‌شود. به نظر می‌رسد آب دور کشتی، به دلیل شرایط محیطی اطرافش کاملاً ساکن و بی‌حرکت مانده است، بنابراین خط سیر کشتی حذف شده و همانند مخفی‌کننده آبی عمل می‌کند.

آزمایش همراه با شبیه‌سازی

اورژوموف و کالور برای نشان دادن نحوه پیاده‌سازی عملی این مخفی‌کننده آبی از شبیه‌سازی‌های کامپیوتری استفاده کردند. شبیه‌سازی‌ها نشان داد با انتخاب دقیق جهت و شدت میدان‌های الکترومغناظیسی می‌توان تمام جریان‌های گردابی را در طول سفر کشتی حذف کرد. تنها یک متغیر ذر میدان موردنیاز است تا تعیین کند نیروهای گردابی با تغییر سرعت کشتی چقدر باید افزایش یابند. آن‌ها می‌گویند برای افزایش شدت میدان الکترومغناطیسی وابسته به سرعت، سامانه‌ای ساده قابل طراحی است.

اورژوموف می‌گوید: «اگر مجبور نبودیم میزان نیروها را کنترل کنیم، به سوئیچ‌های الکترونیکی یا وسیله کنترل دینامیکی دیگری نیاز نداشتیم». «می‌توان ساختاری با آرایشی به‌خصوص طراحی کرد تا وقتی سرعت حرکت جسم بالا می‌رود، به سادگی جریان افزایش یابد».

هنوز تا محقق شدن ساخت مخفی‌کننده آبی فاصله داریم، اما کاربردهایی که برای آن می‌توان متصور شد، رو به فزونی است. این فن‌آوری می‌تواند افزایش چشم‌گیر بازده پیش‌رانش کشتی‌های اقیانوس‌پیما را به دنبال داشته باشد. می‌توان از جریان‌های گردابی حذف‌شده در ناوهای جنگی، برای فرار از آشکارسازهایی که به نویزهای ایجادشده از خط سیر کشتی‌ها حساس هستند، استفاده کرد و هم‌چنین می‌تواند موجب کاهش آسیب‌های وارده به اکوسیستم‌های دریایی شود. کاربردهای دیگری در خارج اقیانوس‌ها نیز دارد. اورژوموف معتقد است می‌توان در آینده این سامانه را به گونه‌ای تغییر و تطبیق داد تا برای سیستم‌های پیش‌رانش یونی در فضاپیماها، و هم‌چنین، برای دست‌یابی به بازده‌های بسیار بالا (تا حد دلخواه) در واکنش‌های هم‌جوشی گرماهسته‌ای استفاده شود. اورژوموف در انتها افزود «بر این باورم که این ایده‌ در زمینه‌های بسیاری خود را به منصه ظهور خواهد گذاشت. آن زمان خیلی هیجان‌انگیز خواهد بود».

این گروه دونفره «نمونه‌ای غیردقیق» از این مخفی‌کننده را ساختند و آن را در حوض کوچکی پر از آب دریا آزمایش کردند. (تصویر را ببینید). این پژوهش در نشریه Physical Review E منتشر شده است.

 

نویسنده: Sam Jarman علمی‌نویس بریتانیایی

منبع:Water cloak’ uses electromagnetic waves to eliminate turbulence

مرجع: Forced underwater laminar flows with active magnetohydrodynamic metamaterials

 


نویسنده خبر: مهسا توکلی دوست
کد خبر :‌ 2396
«استفاده از اخبار انجمن فیزیک ایران و انتشار آنها، به شرط
ارجاع دقیق و مناسب به خبرنامه‌ی انجمن بلا مانع است.»‌



حامیان انجمن فیزیک ایران   (به حامیان انجمن بپیوندید)

کلیه حقوق مربوط به محتویات این سایت محفوظ و متعلق به انجمن فیریک ایران می‌باشد.
Webmaster : Ali Meschian : www.irandg.com

www.irandg.com