Turbolenza: sono difetti che viaggiano più velocemente del suono

Alla fine di mezzo secolo di dibattito, i ricercatori hanno scoperto che piccoli difetti lineari possono propagarsi attraverso un materiale più velocemente delle onde sonore. Questi difetti di linea, o dislocazioni, conferiscono ai metalli la loro resistenza e malleabilità, ma possono anche causare guasti catastrofici al materiale.

Questa scoperta apre nuove prospettive sui tipi di danni insoliti che questi disturbi possono causare a vari materiali in condizioni estreme.

Velocità di rimozione

Gli scienziati dibattono da quasi 60 anni se i disturbi possano propagarsi attraverso i materiali più velocemente del suono. Molti studi hanno concluso che non è possibile, mentre alcuni modelli computerizzati hanno suggerito che sia possibile, a condizione che inizi a muoversi più velocemente della velocità del suono. Per raggiungere istantaneamente questa velocità, sarebbe necessario eseguire un grande shock.

Il suono si propaga attraverso i materiali solidi molto più velocemente che attraverso l’aria o l’acqua, a seconda della natura del materiale e della sua temperatura, tra gli altri fattori. Quando la velocità di suo figlio nell’aria è di 1.225 km/h, nell’acqua è di 5.400 km/h e nel diamante, la materia aggiuntiva di tutto, sono gli incredibili 64.000 km/h.

Esperimenti sui diamanti

Per ottenere le prime immagini dirette della velocità con cui può diffondersi la turbolenza, il gruppo di ricerca ha condotto esperimenti su piccoli cristalli di diamante sintetico. Diamond fornisce una piattaforma unica per studiare il modo in cui i materiali cristallini si deteriorano. I meccanismi di deformazione sono più semplici di quelli osservati nei metalli, rendendo più semplice l’interpretazione degli esperimenti di imaging a raggi X ultraveloci.

I ricercatori hanno utilizzato i raggi X per scoprire che i disturbi si propagano attraverso il diamante più velocemente della velocità delle onde sonore trasversali, un fenomeno mai osservato prima in nessun materiale.

Sintetico

I risultati di questo studio potrebbero indicare che ciò che pensavamo di sapere sul cedimento più rapido possibile dei materiali era sbagliato. I ricercatori ora pianificano di tornare a un impianto laser a elettroni liberi a raggi X, come il SACLA o l’LCLS del mondo LentoPer vedere se la turbolenza può muoversi più velocemente della maggiore velocità longitudinale del suono nel diamante, il che richiederebbe shock laser più potenti. Se riuscissero a infrangere questa barriera del suono, sarebbero considerati veramente supersonici.

Per una migliore comprensione

1. Cos’è Khula?

Una dislocazione è un difetto lineare in un materiale cristallino. I disturbi conferiscono ai metalli la loro resistenza e malleabilità, ma possono anche causare guasti catastrofici ai materiali.

Sì, i ricercatori hanno scoperto che i disturbi possono propagarsi nella materia più velocemente delle onde sonore, un fenomeno mai osservato prima.

I ricercatori hanno condotto esperimenti su piccoli cristalli di diamante sintetico utilizzando i raggi X per misurare la velocità con cui i disturbi si propagano attraverso il diamante.

4. Perché sono stati scelti i diamanti per questi esperimenti?

Diamond fornisce una piattaforma unica per studiare il modo in cui i materiali cristallini si deteriorano. I meccanismi di deformazione sono più semplici di quelli osservati nei metalli, rendendo più semplice l’interpretazione degli esperimenti di imaging a raggi X ultraveloci.

5. Quali sono le implicazioni di questa scoperta?

I risultati di questo studio potrebbero mettere in discussione ciò che pensavamo di sapere sul cedimento più rapido possibile dei materiali. I ricercatori intendono studiare se la turbolenza può muoversi più velocemente della maggiore velocità longitudinale del suono nel diamante, il che richiederebbe shock laser più potenti.

Didascalia immagine: Un intenso raggio laser (in alto a destra) colpisce un cristallo di diamante, creando onde d’urto (linee curve) e difetti di linea chiamati turbolenza che si propagano più velocemente della velocità del suono. I disturbi lasciano dietro di sé difetti di impilamento: linee che si estendono lontano dal punto di impatto. Credito: Greg Stewart/SLAC National Accelerator Laboratory

fonte : https://www.science.org/doi/full/10.1126/science.adh5563

[ Rédaction ]