Ruski znanstvenici otkrili novi fizikalni paradoks

Politehničko sveučilište u Sankt-Peterburgu (SPbPU)

Politehničko sveučilište u Sankt-Peterburgu (SPbPU)

Legion Media
Znanstvenici s Politehničkog sveučilišta u Sankt-Peterburgu (SPbPU) otkrili su i teorijski objasnili novi fizikalni fenomen, čija je bit mogućnost povećanja amplitude mehaničkih vibracija objekta bez vanjskog utjecaja. Pored toga, predložili su i vlastitu varijantu rješenja paradoksa Fermi–Pasta–Ulam–Tsingou.

Znanstvenici su to objasnili na jednostavnom primjeru: da bi se ljuljačka ljuljala, potrebno ju je stalno gurati. Vjerovalo se da je bez stalnog vanjskog utjecaja nemoguće postići vibracijsku rezonancu.

Znanstvena skupina Visoke škole teorijske mehanike Instituta za primijenjenu matematiku i mehaniku Politehničkog sveučilišta u Sankt-Peterburgu otkrila je i novi fizikalni fenomen - balističku rezonancu, kod kojeg se mehaničke vibracije mogu pobuđivati isključivo zahvaljujući unutarnjim toplinskim resursima sustava.

Ključ za razumijevanje fenomena bili su eksperimentalni radovi znanstvenih skupina širom svijeta, koji su pokazali da se u ultračistim kristalnim materijalima na nano- i mikrorazinama toplina širi abnormalno velikom brzinom. Taj su fenomen prozvali balistička toplinska vodljivost.

Znanstvena skupina na čelu s dopisnim članom Ruske akademije znanosti Antonom Krivcovim izvela je jednadžbe koje opisuju ovaj fenomen i postigla značajan napredak u razumijevanju toplinskih procesa na mikrorazinama. U studiji objavljenoj u znanstvenom časopisu Physical Review E znanstvenici su ispitali ponašanje sustava pri početnoj periodičnoj raspodjeli temperature u kristalnom materijalu.

Otkriveni se fenomen sastoji u činjenici da proces izjednačavanja topline dovodi do pojave mehaničkih vibracija sa s vremenom sve većom amplitudom. Taj je efekt dobio naziv balistička rezonanca.

"Posljednjih je nekoliko godina naša znanstvena skupina proučavala mehanizme raspodjele topline na mikro- i nanorazini. U procesu smo otkrili da se na tim razinama toplina uopće ne širi onako kako smo očekivali - na primjer, toplina može teći od hladnog prema vrućem. Takvo ponašanje nanosustava dovodi do novih fizikalnih učinaka, poput balističke rezonance", rekao je Vitalij Kuzkin, docent Visoke škole teorijske mehanike Politehničkog sveučilišta u Sankt-Peterburgu. Prema njegovim riječima, znanstvenici u budućnosti žele otkriti kako se to može upotrijebiti kod perspektivnih materijala poput grafena.

Ova otkrića također pružaju mogućnost rješavanja paradoksa Fermi–Pasta–Ulam–Tsingou. Znanstvena je skupina na čelu s Enricom Fermijem 1953. godine provela danas čuveni računalni eksperiment. Znanstvenici su proučavali najjednostavniji model vibracija lanca čestica povezanih oprugama. Pretpostavljalo se da će mehaničko gibanje postupno splasnuti i pretvoriti se u kaotične toplinske vibracije, no rezultat je bio neočekivan: oscilacije u lancu su isprva gotovo nestale, no zatim su oživjele i gotovo dosegnule početnu razinu. Sustav se vratio u prvobitno stanje i ciklus se ponovio. Uzroci pojave mehaničkih vibracija iz toplinskih u razmatranom sustavu već su desetljećima predmet znanstvenih istraživanja i rasprava.

Amplituda mehaničkih vibracija uzrokovanih balističkom rezonancom ne povećava se unedogled, nego doseže maksimum, nakon čega se počinje postepeno smanjivati ​​do nule. S vremenom mehaničke vibracije potpuno splašnjavaju, a temperatura raste duž cijelog kristala. Taj se proces naziva termalizacija. Ovaj je eksperiment važan za mehaničare i fizičare, jer je lanac čestica povezanih oprugama dobar model kristalnog materijala.

Istraživači Visoke škole teorijske mehanike su pokazali da je prijelaz mehaničke energije u toplinu nepovratan, ako u obzir uzmemo proces pri konačnoj temperaturi.

Po mišljenju stručnjaka, teorijski pristup koji predlažu znanstvenici s Politehničkog sveučilišta u Sankt-Peterburgu omogućuje novi pogled na ono što se podrazumijeva pod toplinom i temperaturom, a može biti od temeljnog značaja u razvoju nanoelektroničkih uređaja budućnosti.

Još više zanimljivih priča i videa na Facebook stranici Russia Beyond:

Ova stranica koristi kolačići. Ovdje za više informacija

Prihvatite kolačiće