Физики из США решили задачу трех тел в условиях акустической левитации
Фото: Freepik
Физики из США добились успеха в решении старой задачи о движении трех тел. Они использовали метод акустической левитации. Это способ, при котором маленькие предметы удерживаются в воздухе с помощью звука. В эксперименте ученые подтвердили, что микрочастицы могут взаимодействовать друг с другом по-разному в зависимости от окружающей среды. Они также создали компьютерную модель, которая точно предсказывает, как эти частицы будут двигаться в ультразвуковом поле.
Акустическая левитация уже давно используется в науке. Например, с ее помощью можно делать сложные вещи без прикосновения. Например, строить роботов или склеивать детали, не касаясь их руками.
Одной из сложных задач, которую можно решить с помощью акустической левитации, является задача трех тел. Ее придумал еще Исаак Ньютон около 300 лет назад. Задача заключается в том, чтобы понять, как будут двигаться три объекта, если их столкнуть. Несмотря на все усилия ученых, точного решения этой задачи пока нет. Поэтому они используют компьютеры, чтобы просчитать, как объекты будут двигаться в разных ситуациях.
Брейди Ву и его коллеги из Чикагского университета провели эксперимент с тремя маленькими шариками. Они использовали специальный источник звука, который создавал ультразвуковое поле. Шарики были сделаны из полистирола и имели диаметр 41 микрометр. Ученые поместили их в установку и засняли на высокоскоростную камеру.
Сначала шарики были расположены в форме равностороннего треугольника. Затем они включили звук, который заставлял шарики вибрировать. Это привело к тому, что шарики начали двигаться по разным траекториям. Особенно сильно шарики двигались, когда два из них были близко друг к другу. В результате они соединились в один большой шарик, который вместе с третьим шариком начал двигаться по необычной траектории, похожей на бабочку.
Ученые объяснили это тем, что воздух вокруг шариков влияет на их движение. Свойства воздуха меняются в зависимости от того, где находятся шарики и как они движутся. Это и приводит к такому необычному поведению.
Результаты эксперимента были подтверждены компьютерной моделью. Эта модель показала, что все происходит именно так, как видели ученые. Она также позволила предсказать, как шарики будут двигаться в других ситуациях.
Это исследование открывает новые возможности для создания сложных систем, которые могут самоорганизовываться с помощью ультразвука.
Источник: N + 1
