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物理学家造出水面牵引波束

2014/8/13 8:39:58 | 1285次浏览

    发出一束光,却能把远处的物体带回来,这是科幻小说中描写的牵引光束。最近,澳大利亚国立大学(ANU)的物理学家造出了一种“牵引波束”:用造波器在水面生成特定波幅和频率的波,漂在水面的物体就会逆着水波传播方向朝波源运动。相关论文发表在最近的《自然·物理学》杂志上。

  在实验中,研究人员把一个乒乓球放入造波池,计算出让乒乓球向他们希望方向运动的波幅和频率,用垂直振动活塞发出向外传播的衍射波产生表面涡流,就会形成与水波传播方向相反的水流纹路,牵引乒乓球按他们希望的路径移动。

   “我们计算出了一种产生波的方法,能迫使漂浮物逆着水波方向运动,没人猜到会有这种结果。”负责该项目的ANU物理与工程研究院的豪斯特·庞茨曼说,目前还没有数学理论能解释这些实验。“这是最大的未解难题之一,迄今还没人能在浴缸里造出这种波,我们很惊讶以往没人描述过它。”研究小组引入了一套新的概念框架来理解这种波驱动水流,以此设计出向内、向外的表面推进,静态漩涡及其他更复杂的水流。在实验中,他们用不同形状的活塞造出了不同的涡流路径。

   据物理学家组织网8月11日(北京时间)报道,研究人员在论文中指出,法拉第准驻波会产生水平漩涡,但迄今尚不清楚衍射波能否产生大范围的涌流,因为小振幅无漩涡的波只会推动物体沿着衍射方向移动。而此次实验证明,通过调节波幅变化把它们变成三维波,水面上的漂浮物就会被迫向着波源移动。

   “我们发现超过一定的高度,这些复杂的三维波会在水面产生水流纹路。”该研究小组领导迈克尔·夏茨教授说,“牵引波束就是这种纹路的一种,能向内流、向外流或形成漩涡。”这种技术为人们提供了一种前所未有的方法,控制那些漂在水上的物体,就像科幻小说中移动物体的牵引光束。

  牵引波束有着极为广泛的用途。研究人员指出,他们的发现为遥控水面物体、限制漏油带来了一种全新的技术,还有助于人们理解海洋漂浮物运动和波浪对海滨造成的破坏,以及制造出波驱动推进器。