¿Cómo hacer girar una onda sonora? Golpéala con un tubo

¿Cómo hacer girar una onda sonora? Golpéala con un tubo

Es una pregunta que seguro que te ha quitado el sueño: ¿se puede hacer girar un objeto con una onda sonora? La respuesta, en general, solía ser no. Ahora, sin embargo, los ingenieros mecánicos han echado un vistazo a lo que pueden hacer sus colegas que juegan con el láser, y habiendo visto la luz, lo han copiado. Y con ello se ha conseguido hacer girar objetos con ondas sonoras.. pero sólo en simulaciones.

¿Es realmente tan difícil hacer girar las cosas?

Para hacerte una idea de por qué es difícil hacer girar cosas con ondas sonoras, imagina un tubo que contiene una turbina. Normalmente, para hacer girar la turbina, un fluido pasaría por los álabes de la turbina. La fuerza del fluido sobre los álabes imparte un par de torsión que hace girar la turbina. Si sustituimos ese flujo por una onda de presión (como una onda sonora), el fluido se mueve de un lado a otro. Por consecuencia, el movimiento local impartirá primero un par de torsión en el sentido de las agujas del reloj y luego uno en sentido contrario. El resultado es un movimiento de balanceo.

Más fundamentalmente, la onda lleva momento lineal pero no angular (concretamente, es momento angular orbital, pero dejaremos de lado el “orbital”). Algo que gira tiene momento angular. En el ejemplo de la turbina, el momento angular total no puede cambiar. Si la onda no tiene momento angular y la turbina no tiene momento angular, nada cambiará.

(El fluido que fluye tampoco tiene momento angular, pero puede hacer girar la turbina. Esto funciona porque el fluido formará vórtices después de pasar por la turbina. Los vórtices llevan el momento angular con el giro opuesto al de la turbina, de modo que el momento angular total sigue siendo cero).

Todo esto es terreno trillado. Pero hasta hace poco, nadie estaba seguro de que las ondas sonoras pudieran transportar este tipo de momento angular. Incluso suponiendo que pudieran, no teníamos ni idea de cómo generar una onda sonora con momento angular. Así que el primer paso que dieron los investigadores fue demostrar que las ondas sonoras podían transportar un momento angular. Una vez hecho esto (la mayor parte del trabajo de reflexión), era el momento de averiguar cómo generar las ondas.

Primero, marear un fonón..

El truco consiste en hacer girar las ondas mecánicas. Para visualizar esta idea, hay que entender la idea de un frente de onda. Por ejemplo, tomemos una onda sonora que viaja en el aire. Una onda sonora está formada por regiones de alta y baja presión que se mueven por el espacio. Si pudiéramos congelar el tiempo, podríamos mirar la onda sonora congelada y dibujar una línea donde la presión es más alta. Esta línea (que suele ser una curva) es perpendicular a la dirección en la que viaja la onda. Si descongelamos el tiempo durante un instante y lo volvemos a congelar, veremos que la línea ha avanzado a la velocidad del sonido hasta una nueva posición.

Nuestra imagen de los frentes de onda puede ampliarse a tres dimensiones. Aquí, la línea de alta presión se convierte en un plano de alta presión que avanza por el espacio a la velocidad del sonido.

¿Cómo hacer girar una onda sonora? Golpéala con un tubo

Este frente de onda describe el momento de la onda y el momento angular. Para una onda con momento angular, el frente de onda ya no es una línea (o un plano). En su lugar, la superficie es una hélice (como un tornillo de Arquímedes). La onda sigue viajando en ángulo recto con respecto a la superficie del frente de onda, pero ahora es una espiral que gira alrededor de un eje central. Si tomáramos un trozo de frente de onda y lo siguiéramos, veríamos que se desplaza en espiral a lo largo de ese eje.

¿Qué ocurre en el centro del sacacorchos? En ese lugar, el frente de onda no tiene un valor único. El centro tiene que ser un lugar de alta y baja presión simultáneamente. Al Universo no le gusta la autocontradicción, así que toma el promedio, y la onda sonora en el centro no tiene amplitud.

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Jessica Ávila

Jessica Ávila

Me apasiona la música y todo lo relacionado con lo audiovisual desde muy joven, y crecí en esta carrera que me permite utilizar mis conocimientos sobre tecnología de consumo día a día. Puedes seguir mis artículos aquí en Elenbyte para obtener información sobre algunos de los últimos avances tecnológicos, así como los dispositivos más sofisticados y de primera categoría a medida que estén disponibles.

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