Sciencemag.cz
Doporučujeme
Už jsme si zvykli slýchat o plášti neviditelnosti, neslyšitelnosti a dalších kouzelných pomůckách v kontextu seriózních vědeckých prací. Teď přichází na řadu „vodní plášť“, který skryje loď před piráty, zajistí nízkou spotřebu paliva a zamezí vytváření vln.
Počítačovou simulaci „vodního pláště“ vytvořili vědci na americké Duke University. Ukázali, že ionty, které jsou přítomné v oceánské vodě, mohou být urychlovány elektromagnetickými vlnami tak, že loď plující oceánem nevytváří žádné turbulence (proudění). Myšlenka takového pláště otevírá nové možnosti pro ochranu ponorek nebo objektů, které se potřebují ve vodě pohybovat tak, aby nevznikalo žádné vlnění.
Vědci se ideou vodního pláště začali zabývat už před sedmi lety, kdy vyvíjeli speciální metamateriál, který měl krýt trup lodi. Metamateriály, běžněji využívané v optice a akustice, obsahují struktury, které mohou ohýbat světelné a zvukové vlny. Fyzici zkoušeli vyvinout porézní materiál, který byl proložený sítí miniaturních čerpadel, a bylo jím možné ovládat vodní vlnění. Nepodařilo se jim však vyřešit problém se smykovými silami ve vodě. Navíc nebylo ani jasné, jak vyrobit zmiňované pumpy a jak je zavést do porézního materiálu.
Proto teď stejná skupina fyziků přišla s novou metodou ovládání vlnění. Tentokrát vědci použili magnetohydrodynamické síly. V podstatě jde o pohyb nabitých částic ve vodivé kapalině vystavené magnetickému poli. Pole v kapalině indukuje elektrický proud, který polarizuje nabité částice. A opačně, polarizované částice mění magnetické pole, které generuje sílu působící na kapalinu jako celek.
Mořská voda obsahuje velké množství iontů sodíku, draslíku a hořčíku, a může tak být podrobena magnetohydrodynamickým silám. Pomocí nové metody by byla elektromagnetická pole použita k urychlení vody ve směru, ve kterém by se pohybovala za normálních podmínek turbulence, to znamená, že by byla „odstrkována“ z cesty plující lodi. Když se loď pohybuje urychlenou vodou, jsou všechny pohyby, způsobené turbulencí a smykovými silami, odstraněny. Voda obklopující loď se jeví jako zcela klidná vzhledem k okolnímu prostředí. Netvoří se žádné vlny a kolem lodi naopak vzniká „vodní plášť“.
Vědce však nejvíce zajímalo, jestli by se takový plášť dal použít v praxi. Provedli proto počítačové simulace, které ukázaly, že při pečlivé volbě směru a intenzity elektromagnetického pole by turbulence během plavby lodi bylo možné zcela eliminovat. Potom bylo třeba ještě vyřešit otázku, jaké změny pole jsou nutné, když se turbulence zvětšují se zvyšující se rychlostí lodi. Pomocí podrobných výpočtu se zjistilo, že pro zvyšování intenzity elektromagnetického pole v závislosti na zvyšující se rychlosti lodi je možné vypracovat jednoduchý systém.
Pokud se nemusí nastavovat rozložení sil, nejsou potřeba žádné elektronické přepínače ani jiné prostředky pro dynamické ovládání. Stačí nastavit strukturu se specifickou konfigurací a jednoduše při zrychlování objektu zvýšit proud.
Je zřejmé, že ještě nějakou dobu potrvá, než se vodní plášť stane realitou, ale už teď vědci hovoří o řadě možných aplikací. Tato technologie by mohla snížit spotřebu paliva u oceánských plavidel, vojenské lodi se díky ní také stanou obtížněji identifikovatelné podle zvuku, který vzniká v důsledku vlnění. A nejen to, vodní plášť může snížit míru poškozování mořských ekosystémů. Využití se navíc nabízí i mimo oceány. Fyzici věří, že technologii bude možné adaptovat pro použití v iontových pohonných systémech v kosmických lodích a pomůže zvýšit účinnost termonukleárních fúzních reakcí. V podstatě jednoduchá myšlenka by se tak mohla uplatnit v mnoha oborech.
Původní práce je uveřejněna v Physical Review E.
autor: Jana Štrajblová
Převzato z Matfyz.cz
Pozvánka na veřejnou přednášku
Gravitational waves, black holes and neutron stars
10. května od 17:30, Malostranské nám. 25, posluchárna S5
Podrobnosti
