Выявлена ​​физика гулких и рыгающих песчаных дюн: песок, сходящий с поверхности дюн, может вызывать громкие «гудящие» или «рыгающие» звуки, которые являются разными, но связанными друг с другом волновыми явлениями.

Этот звук устойчивый, и дюны «поют» на частотах от 70 до 105 Гц с более высокими гармониками. Перед началом почти монотонного гула звуковые отрыжки меньшей амплитуды возникают в значительно более широком диапазоне частот.

Когда группа исследователей из Калифорнийского технологического института и Кембриджского университета сообщила в журнале AIP Physics of Fluids от AIP Publishing, они обнаружили, что «гул» и «отрыжка» соответствуют передаче класса различных волн в пределах дюна.«Заинтригованная этими странными звуками, исходящими от дюн, Натали Вринд исследовала это явление в качестве доктора философии в Калифорнийском технологическом институте вместе с Мелани Хант, профессором машиностроения. Они сотрудничали с Робом Клейтоном, профессором геофизики, и позаимствовали множество различных работ. геофизические научные инструменты, чтобы выйти и «исследовать» акустическую тайну дюн. С тех пор Вринд переехал в Кембриджский университет ».«В течение примерно 25 отдельных летних полевых дней на очень горячих и песчаных дюнах в Калифорнии мы исследовали бурлящие дюны, — сказал Вринд, — и они медленно открывали нам свою физику».

Группа сосредоточилась на том, чтобы выяснить, как, в частности, звуки грохота и отрыжки распространяются по песку. «Мы измерили характеристики распространения волн, которые включают движение зерен, а также частоту и энергию излучаемого звука. Это, в свою очередь, показало, что гул и отрыжка — это два разных, но взаимосвязанных явления», — сказала она.Для этого они использовали геофоны для измерения сейсмических колебаний в земле, которые похожи на микрофоны, улавливающие акустические колебания — звуковое давление — в воздухе. «Волны, проходящие через дюну, перемещают отдельные песчинки, которые воздействуют на геофон, который мы используем для измерений», — добавил Вринд.

Оказывается, «рыгающие звуки соответствуют поверхностной волне Рэлея, которая нелинейно распространяется радиально по поверхности дюны», — отметил Вринд. «Это означает, что отношения между этими свойствами усложняются из-за влияния отдельных зерен».Она отметила, что громкие грохочущие звуки происходят из «линейных продольных волн, которые распространяются объемно и отражаются от внутренних слоев внутри самой дюны».Группа была несколько удивлена, узнав, что как для гула, так и для отрыжки присутствуют поверхностные и объемные сигналы со своими характерными особенностями и свойствами, но доминирующие сигналы различны.

Еще одним открытием была возможность однажды вызвать естественный резонанс дюн, просто создав «импульс» на поверхности дюн. «Удар молота по пластине вызвал естественный резонанс — около частоты гула — внутри дюны, чего мы никогда не видели в литературе», — сказал Вринд.Поскольку исследование группы показало, что отрыжка и гулкая эмиссия — это разные акустические явления, управляемые разными физическими принципами, это также может помочь объяснить некоторые различия в измерениях и интерпретациях поющих песчаных дюн, сделанных за последнее десятилетие.«В более широком смысле, сейсмические исследования для разведки месторождений нефти или землетрясений, как правило, основываются на масштабах длин, которые обычно намного больше, чем те, которые используются в нашем исследовании», — добавила она. «Даже если исследование проводится на песчаном субстрате, реакция« эффективной среды »регистрируется, и взаимодействия отдельных зерен обычно не актуальны.

Наша работа иллюстрирует двойное поведение распространения волн, когда масштабы уменьшаются до длины, при которой малые и распространение крупномасштабных волн сходится ".В настоящее время Вринд является научным сотрудником Королевского общества на факультете прикладной математической и теоретической физики Кембриджского университета.

Ее исследовательская группа работает над различными проектами, чтобы исследовать и разгадывать другие загадки гранулярной динамики.Один из этих проектов включает более подробное изучение «динамики гранул во время схода лавины и ее влияния на происхождение структуры песчаных дюн», — сказала она. «Наша недавняя работа включает использование полевых и лабораторных методов для исследования естественного схода лавин и сортировки на больших пустынных дюнах в Катаре».

Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *