Фізики створили електромагнітну вихрову гармату

Фізики створили електромагнітну вихрову гармату

Вихрові кільця – це захоплююче явище, а електромагнетизм – ще більш вражаючий. Команда фізиків знайшла спосіб об’єднати ці два феномени, створивши електромагнітну гармату для генерування вихрових кілець.

У рідинах (включаючи гази) вихрові кільця можуть утворюватися завдяки силам тертя, коли струмінь рухається з більшою швидкістю, ніж навколишнє середовище. Вихрові гармати використовуються для створення миттєвих перепадів тиску, що призводять до утворення вихрового кільця, хоча такі явища часто зустрічаються і в природі.

«Градієнт швидкості викликає утворення кільцевого вихору, коли внутрішні шари обертаються навколо зовнішніх», – пояснюється у дослідженні. «Цей процес триває частки секунди, після чого вихрове кільце імпульсивно викидається в повітря. Завдяки власній інерції, тепловій підйомній силі та інерції обертової рідини, вихрове кільце піднімається вгору в атмосферу, де сповільнюється та охолоджується через процеси дифузії та теплопередачі».

Читайте також:  Химерна реальна історія: Одного разу фізики помістили тхора у прискорювачі частинок

Це досить захоплююче видовище, але не підходьте надто близько, якщо ви, наприклад, медуза.

Попри свою видовищність, вихрові кільця можуть стати ще цікавішими, якщо додати елемент електромагнетизму. У 1996 році фізики Р. В. Хеллворт та П. Нучі запропонували розв’язок рівнянь Максвелла, який дозволяє створювати «літаючі пончики» – імпульси у формі кільця, що можуть поширюватися у вільному просторі.

Хоча ці електромагнітні вихори (чи «пончики») мали потенціал для використання в комунікаційних та бездротових технологіях, їх ніколи не спостерігали до цього моменту. І коли вони були зафіксовані, їх стійкість вразила дослідників.

«Ми повідомляємо, що мікрохвильові тороїдальні імпульси можуть бути створені за допомогою широкосмугової рупорної антени як електромагнітний аналог повітряної вихрової гармати», – зазначили міжнародні дослідники у своїй недавній роботі. «Застосовуючи цей ефективний генератор, ми експериментально дослідили топологічні структури імпульсів у вільному просторі та продемонстрували їх стійкі динамічні властивості».

Читайте також:  Дослідження: Зміна світлового лазерного потоку породжує фотонні часові кристали

Процес, хоча і ускладнений електромагнетизмом, дещо схожий на утворення вихрових кілець.

«Принцип полягає у використанні радiально поляризованих конічних антен, які створюють обертальну електромагнітну структуру», – пояснили дослідники. «Коли антена випромінює, вона генерує миттєвий перепад тиску, що формує ці вихрові кільця, які зберігають свою форму та енергію на великих відстанях. Унікальність методу полягає в тому, що він дозволяє створювати електромагнітні імпульси зі складними топологічними особливостями, які демонструють стійкість та здатність до самовідновлення під час поширення».

Це не просто захопливий експеримент: такі вихрові кільця можуть переносити більше інформації, ніж звичайні хвилі, що робить їх перспективними для майбутніх поколінь комунікаційних мереж, а також відкриває нові можливості для передачі та кодування даних.

«Крім того, їх здатність зберігати структурну цілісність навіть в умовах зовнішніх перешкод робить їх цінним інструментом для дистанційного зондування та виявлення цілей», – додають дослідники. «Аналізуючи унікальні структури цих вихрових імпульсів, ми можемо розробити більш точні та надійні методи для виявлення об’єктів, будь-то в оборонних системах або космічних дослідженнях».

Читайте також:  Таємницю розкрито: Як давньоримський бетон зміг простояти тисячі років

Попереду ще багато досліджень, але наразі можемо святкувати появу електромагнітної вихрової гармати.

Дослідження опубліковане в журналі Applied Physics Reviews.