Sono sicuro che è una domanda che ti ha tenuto sveglio la notte: puoi far girare un oggetto con un’onda sonora? La risposta, in generale, era no. Ora, però, gli ingegneri meccanici hanno dato un’occhiata a ciò che stanno giocando i loro colleghi Con il laser puoi fareE quando videro la luce copiato. In tal modo si è ottenuta la rotazione degli oggetti con le onde sonore… ma solo nella simulazione.

È davvero difficile far girare le cose?

Per avere un’idea del perché è difficile far girare le cose con le onde sonore, immagina un tubo che regge una turbina. Normalmente, per far girare la turbina, il fluido scorre attraverso le pale della turbina. La forza del fluido impartisce coppia alle pale, che determina la rotazione della turbina. Se sostituiamo questo flusso con un’onda di pressione (come un’onda sonora), il fluido si muove avanti e indietro. Quindi il movimento locale trasmetterà la coppia prima in senso orario e poi in senso antiorario. Il risultato è un movimento oscillante.

È importante sottolineare che l’onda ha un momento lineare ma non un momento angolare (in particolare, è un momento angolare orbitale, ma lasceremo cadere “l’orbita”). Un oggetto che ruota ha momento angolare. Nell’esempio della turbina, il momento angolare totale non può cambiare. Se l’onda non ha momento angolare e la turbina non ha momento angolare, allora non cambierà nulla.

(Anche il fluido che scorre non ha momento angolare, ma può regolare la rotazione della turbina. Questo funziona perché il fluido formerà vortici dopo che la turbina è passata. I vortici portano momento angolare con la rotazione opposta della turbina in modo che il il momento angolare totale rimane zero.)

Tutto questo è un territorio molto ben chiuso. Ma fino a poco tempo nessuno era sicuro che le onde sonore potessero trasportare questo tipo di momento angolare. Anche supponendo che potessero, non avevamo idea di come generare un’onda sonora con momento angolare. Quindi il primo passo dei ricercatori è stato mostrare che le onde sonore possono trasportare il momento angolare. Dopo averlo fatto (la maggior parte del lavoro di pensiero), è tempo di capire come generare le onde.

Per prima cosa, fai venire le vertigini al telefono…

Il trucco è far ruotare le onde meccaniche. Per visualizzare questa idea, è necessario comprendere l’idea di un fronte d’onda. Ad esempio, prendiamo un’onda sonora che viaggia nell’aria. Un’onda sonora è costituita da aree di alta e bassa pressione che si muovono nello spazio. Se riusciamo a fermare il tempo, possiamo guardare dall’alto l’onda sonora congelata e tracciare una linea dove la pressione è maggiore. Questa linea (di solito una curva) si trova ad angolo retto rispetto alla direzione in cui viaggia l’onda. Se sblocchiamo il tempo per un momento e poi lo riblocchiamo, scopriremo che la linea è avanzata alla velocità del suono in una nuova posizione.

La nostra immagine dei fronti d’onda può essere espansa in tre dimensioni. Qui, la linea di alta pressione diventa un livello di alta pressione che avanza nello spazio alla velocità del suono.

Questo fronte d’onda descrive la quantità di moto e il momento angolare dell’onda. Per un’onda con momento angolare, il fronte dell’onda non è più una linea (o un piano). Invece, la superficie è un’elica (come una vite di Archimede). L’onda si sta ancora muovendo ad angolo retto rispetto alla superficie del fronte d’onda, ma ora è elicoidale e ruota attorno a un asse centrale. Se dovessi prendere una parte del fronte d’onda e tracciarlo, scopriresti che sono chiavi elicoidali lungo quell’asse.

Cosa succede al centro della chiave? In questo sito, il fronte d’onda non ha un singolo valore. Il centro dovrebbe essere un sito di alta e bassa pressione allo stesso tempo. All’universo non piace l’autocontrasto, quindi prende la media e l’onda sonora al centro non ha ampiezza.