Efecto Doppler invertido por un metamaterial

Material acústico doblemente negativo

Los físicos han generado una gran excitación en los últimos años inventando materiales especialmente diseñador con novedosas aplicaciones como capas de invisibilidad. Es más, algunos de estos “metamateriales” han sido construidos en el laboratorio y mostraron funcionar a lo largo de un estrecho rango de longitudes de onda electromagnéticas. Ahora, un grupo de investigadores de Corea y China han creado un metamaterial acústico el cual provoca el extraño efecto de invertir el efecto Doppler. Este es un hito importante hacia la capa acústica, dicen los investigadores.

Como se enseña a todos los físicos en la escuela, el efecto Doppler es lo que causa que un peatón escuche un tono más agudo de la sirena de policía conforme se acerca a él t uno más bajo cuando se aleja. Sorprendentemente, un nuevo material ha desafiado a los libros de texto de física invirtiendo este efecto para el sonido.

Chul Koo Kim de la Universidad de Yonsei y sus colegas lograron esta hazaña creando un tubo elástico que transmite el sonido con una velocidad de fase negativa. “Hemos fabricado con éxito un metamaterial acústico cuyo índice de refracción acústica puede ser controlado; los modelos teóricos pueden ser implementados ahora para realizar un encubrimiento acústico así como otras aplicaciones”, dijo Kim a physicsworld.com.

Magia y brujería

En 2006, un grupo de la Universidad de Duke en Carolina del Norte, captó el interés público cuando demostraron un truco anteriormente confiando a las páginas de Harry Potter. Liderados por David Smith crearon un cilindro de un “metamaterial” artificial capaz de ocultar un objeto de la radiación de microondas – las ondas literalmente “evitaban” el objeto como si no estuviese allí. Otro extraño efecto óptico que se demostró en los últimos años ha sido el de la “refracción negativa”: la luz que pasa a través de dos medios, incluyendo un metamaterial, se curva en la dirección opuesta a la refracción clásica. Este efecto es más pronunciado cuando el material en “doblemente negativo”, poseyendo tanto permisividad eléctrica negativa como permeabilidad magnética.

Esta última investigación se basa en los principios de refracción electromagnética negativa y los aplica a las vibraciones acústicas. Aquí los parámetros a hacer negativos son la densidad del material y el módulo, el último haciendo referencia a la elasticidad del material. Hasta ahora, los ingenieros sólo han creado metamateriales con una de estas dos propiedades, pero Kim y sus colegas han tenido éxito al combinarlos para crear el primer metamaterial acústico “doblemente negativo” del mundo (arXiv:0901.2772v2). Su tubo acústico está construido de finas membranas bajo tensión alimentadas por un flujo de aire cuidadosamente controlado, y éste se dirige para crear una velocidad de fase negativa para el sonido que viaja a través de él.

El sonido pasa por el tubo desde una fuente móvil a través de unos agujeros realizados periódicamente a lo largo del dispositivo. Dentro del tubo un detector fijo recibe el sonido antes de enviar una señal eléctrica a un altavoz. De acuerdo con Kim, el principal obstáculo en ingeniería fue desarrollar absorbedores efectivos en cada extremo del tubo. “Esto nos permitió evitar reflejos y asegurar la calidad de los datos”, dijo.

Nuevo sonido

Kim y sus colegas comprobaron el aparato usando un sonido de 350 Hz con una fuente móvil a 5 metros por segundo en dirección contrario a la propagación de la onda. Contrariamente a los experimentos Doppler clásicos encontraron que la frecuencia disminuía conforme la fuente se movía hacia el receptor y aumentaba conforme se alejaba. Lo que escucharon los experimentadores fue un pitido decreciente conforme la fuente se movía hacia el detector y uno que se incrementaba cuando se alejaba.

Kim dijo a physicsworld.com que la siguiente fase de esta investigación era trasladar su “diseño 1D” a distintos tipos de metamateriales acústicos 2D y 3D. “Estos desarrollo pueden tener usos inmediatos en la medicina y la industria. Además, un control sencillo de índice de refracción acústico espoleará nuevas investigaciones en fibra acústica”, comentó.

José Sánchez Dehesa, un investigador de metamateriales de la Universidad de Valencia dijo que, “Esta investigación es un avance importante; si podemos ahora desplazar esta estructura a 2D y 3D podría usarse para lograr cosas como resolución de sub-longitudes de onda en imagen ultrasónica y muchos otros dispositivos interesantes”.


Autor: James Dacey
Fecha Original: 3 de febrero de 2009
Enlace Original

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Comments (4)

  1. Efecto Doppler invertido por un metamaterial…

    Un grupo de investigadores de Corea y China han creado un metamaterial acústico el cual provoca el extraño efecto de invertir el efecto Doppler. [...] El efecto Doppler es lo que causa que un peatón escuche un tono más agudo de la sirena de policí…

  2. Leviatán

    Impresionante. Hasta ahora solo conocía ( incluso lo asociaba a la definición ) materiales artificiales en relación a la óptica. La acústica es algo totalmente nuevo, al menos para mí.
    saludos

  3. jipifeliz

    Salud!!!!

    Siempre soñé con un tipo de material sencillo que evitara las agresiones sonoras, los cartones de huevos no funcionan bien.

    Interesante artículo, pueda ser el primer paso para lograr materiales “repelentes” del sonido, ya era hora.

  4. alex

    El ámbito de los materiales ya ha empezado a “explotar” y me da a mi que vamos a flipar con cada noticia que vaya saliendo.
    Es uno de los ámbitos que más va a triunfar en el fúturo

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