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摆动淋浴喷头导致发现自然界中的一种新振动模式

导读 2020 年炎热的夏天,在新冠疫情期间,美国国家科学奖章获得者、应用物理学家 Amnon Yariv 被困在帕萨迪纳的家中,他经常长时间淋浴以降...

2020 年炎热的夏天,在新冠疫情期间,美国国家科学奖章获得者、应用物理学家 Amnon Yariv 被困在帕萨迪纳的家中,他经常长时间淋浴以降温。除了创纪录的水费外,令人惊讶的是,他提出了一项提案和理论模型,用于研究一种新型振动,这种振动可以将恒定力(例如风或水)转换为机械振动。

那并不是一个顿悟的时刻。这个想法并不是像阿基米德那样在浴缸里突然冒出来的。但正是在淋浴时,亚里夫第一次注意到喷水淋浴喷头在悬挂在软管上时的行为方式有些不同寻常。亚里夫是一位在 70 多年的职业生涯中大部分时间都在研究波浪及其特性的科学家,对他来说,那个淋浴喷头不仅仅是一个固定在柔性系绳上向墙壁喷水的装置。它是一个振荡系统的一部分。

振荡是我们周围世界中有节奏或周期性的变化。海水的涨落是一种振荡。拨动吉他弦的振动也是一种振荡。根据量子理论,甚至光也是一种振荡。

Yariv 观察到,当他增加淋浴的水流量时,系统开始出现异常行为。事实上,他看到了双峰联合振荡——两种不同的振荡彼此同步。当淋浴喷头像钟摆一样来回摆动时,它也会同步地向一个方向扭转,然后向另一个方向扭转。很明显,这两种振荡模式是相互驱动的,因为一种模式的阻尼会立即导致另一种模式停止振荡。

此外,Yariv 发现关节振动具有可预测的不稳定性。一旦达到一定的水压阈值,即使水流保持恒定,振动幅度也会不断增加。

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