فیزیکدان ۹۰ ساله حالت جدید ارتعاش و راه‌حل انرژی باد را در حمام کشف کرد
پروفسور ۹۰ ساله اسرائیلی-آمریکایی فیزیک، امنون یاریو، ممکن است تاریخ را با کشف چیزی در حمام تکرار کرده باشد. چهار سال پیش، در دوران پاندمی کووید-۱۹، این فیزیکدان اولین دفعه چیزی را هنگام دوش گرفتن متوجه شد، که بعد از سال‌ها تلاش تایید شد که حالت جدیدی از ارتعاش در طبیعت است.
در یک بعدازظهر گرم تابستانی در دوران قرنطینه کووید، یاریو در حال دوش گرفتن بود و سر دوش را آویزان کرده و آب را باز گذاشته بود. در حالی که چنین اتفاقی توجه بسیاری را جلب نمی‌کند، اما توجه استاد برنده مدال ملی علم که بیش از ۷۰ سال به مطالعه امواج و خواص آنها پرداخته است، جلب شد.
یاریو متوجه شد که سر دوش تنها یک وسیله انعطاف‌پذیر در حمام نیست بلکه خاصیت‌های نوسانی دارد. گفته می‌شود که فیریکدان یونانی، ارشمیدس دو هزار سال پیش با یک مشاهده مهم از حمام خارج شد. اما دانشمند مدرن یاریو با رویکردی سنجیده‌تر این کار را انجام داد.
یاریو چه چیزی مشاهده کرد؟
یاریو متوجه شد که با افزایش جریان آب، سر دوش به صورت نوسانی دو حالتی نوسان می‌کند. به عبارتی ساده، این بدین معنی است که سر دوش دو نوسان مختلف را نشان می‌دهد: یکی که مانند پاندول به جلو و عقب نوسان می‌کند و دیگری که در دو جهت پیچ و تاب می‌خورد.
نکته جالب این بود که این دو نوسان به جای لغو همدیگر، همدیگر را ترغیب می‌کردند.
'این نوسان دو حالتی مانند تانگو آرژانتینی است، جایی که هر رقصنده باید به طور کامل با دیگری هماهنگ بماند وگرنه به یکدیگر برخورد می‌کنند،' یاریو در یک بیانیه خبری گفت. 'ایده اینکه یک نیروی ثابت می‌تواند این نوع نوسان پیچیده دو حالتی را تحریک کند، هیچ‌گاه پیشنهاد یا اثبات نشده بود.'
این فیزیکدان نود ساله سپس سال‌های بعدی را برای کار بر روی مدل‌های ریاضی که می‌توانست این رفتار را توضیح دهد، صرف کرد.
با تکیه بر شانه‌های غول‌ها
یاریو دریافت که برای توضیح نوسان، باید به مدل نوسان تک حالتی تکیه کند. این مدل که توسط مایکل فارادی پیشنهاد شده و سپس به طور ریاضی توسط لرد ریلی توضیح داده شده بود، بدین معناست که نوسانات طبیعی یک نیروی دوره‌ای دارند که آنها را تحریک می‌کند.
برای سادگی، یاریو مثالی از یک کودک روی تاب که به یک فشار خارجی برای ادامه تاب خوردن نیاز دارد، داد. معمولاً والدین یا دوستان این فشار را فراهم می‌کنند. اما با بزرگ شدن کودک، او یاد می‌گیرد که به تنهایی و با استفاده از پاها یا وزن خود تاب را حرکت دهد.
در حمام در یک بعدازظهر گرم در سال ۲۰۲۰، یاریو دید که سر دوش به دلیل تعامل پیچیده دو حالت نوسانی ناشی از غیرخطی بودن سیستم، نوسان می‌کند.
وقتی سر دوش شروع به پیچیدن کرد، نیروی ثابت آب فشار می‌آورد و نیروی دوره‌ای ایجاد می‌کرد که حرکت پاندول را به جلو می‌برد. حرکت پاندول به نوبه خود عمل پیچشی سر دوش را با دو برابر فرکانس خود تنظیم می‌کرد، همان‌طور که در ویدیو بالا دیده می‌شود.
مدل ریاضی که این حرکت را توضیح می‌دهد، به عنوان 'شکاف یاریو' شناخته شده است. این مدل می‌تواند پدیده‌هایی مانند لرزش تابلو ایست یا نوسان پل‌های معلق در روزهای بادی را توضیح دهد. این مدل می‌تواند کاربردهایی در مهندسی عمران و حتی انرژی‌های سبز داشته باشد، و به بهره‌برداری بیشتر از انرژی باد کمک کند.
این تحقیق همچنین با یک هشدار همراه است. 'مطالعه من فقط سیستم را تا شروع نوسان دو حالتی و مرحله اولیه نوسان ناپایدار دنبال می‌کند و قبل از اینکه سر دوش سنگین دیوار را سوراخ کند، متوقف می‌شود،' یاریو افزود. 'اما این نوسان دو حالتی پیچیده جدید ناخوشایند است. به حالت ثابت نمی‌رسد. به تدریج بزرگ‌تر می‌شود.'
نتایج این تحقیق در مجله PNAS منتشر شد.
