Ya sea la capa de invisibilidad de Harry Potter, que dirige perfectamente las ondas de luz alrededor de los objetos para hacerlos invisibles, alguna vez se convertirá en realidad queda por ver, pero perfeccionar un manto más crucial es imposible, dice un nuevo estudio. Habría dirigido perfectamente las ondas de tensión en el suelo, como los que emanan de una explosión, alrededor de objetos como edificios para hacerlos "intocables".

A pesar de arrojar profundas dudas sobre docenas de artículos teóricos sobre el encubrimiento "elastodinámico", Los autores del nuevo estudio del Instituto de Tecnología de Georgia no creen que los ingenieros civiles deban renunciar por completo a él, solo con la idea de un manto ideal. El encubrimiento limitado aún podría agregar un grado de protección a las estructuras, particularmente contra algunas ondas de estrés comunes en los terremotos.

"Con camuflaje, Existe la expectativa de que si recibe algún tipo de onda de estrés desde cualquier dirección, una capa debe poder ocultar el objeto de ella. Ahora vemos que no es posible, "dijo el investigador principal Arash Yavari, profesor en la Escuela de Ingeniería Civil y Ambiental de Georgia Tech y en la Escuela de Ingeniería Mecánica George W. Woodruff. "Pero para una gran clase de perturbaciones, a saber, las perturbaciones en el plano, probablemente podrías diseñar una buena capa ".

En un terremoto Las perturbaciones en el plano son ondas sísmicas que siguen trayectorias planas y anchas, o planas, a través de la superficie de la Tierra.

Yavari y el coautor Ashkan Golgoon, un asistente de investigación graduado que estudia con Yavari, publicó su estudio en la revista Archivo para análisis y mecánica racional , una revista líder en mecánica sólida teórica, el 16 de mayo 2019. La investigación fue financiada por la Oficina de Investigación del Ejército.

La capa de los sueños

El sueño de camuflarse para dirigir las ondas de estrés más allá de una estructura como si no existiera tiene mucho en común con el sueño de una capa de invisibilidad. que doblaría la luz (ondas electromagnéticas) alrededor de un objeto y luego lo señalaría hacia el otro lado.

Las ondas de luz que golpean el ojo del espectador revelarían lo que hay detrás del objeto, pero no el objeto en sí. En el encubrimiento elastodinámico, las ondas no son electromagnéticas sino mecánicas, moviéndose por el suelo. Hipotéticamente encubrir el objeto lo aislaría completamente de las olas.

En un escenario para proteger, decir, un reactor nuclear de las ondas de tensión que viajan a través del suelo, ya sea de una calamidad natural o provocada por el hombre, idealmente, los ingenieros civiles podrían bajar la base del reactor a un agujero debajo de la superficie del suelo. Construirían un cilindro protector o un cuenco subterráneo semiesférico a su alrededor con materiales especiales para dirigir las ondas de tensión alrededor del círculo.

Hay sueños luego están los hallazgos del estudio.

"Demostramos que la forma de la capa no importa, ya sea esférico o cilíndrico, no puedes disimular completamente, "Dijo Yavari.

La analogía errónea

Gran parte de la teoría y las matemáticas del encubrimiento electromagnético (de luz) se han transferido a la investigación del encubrimiento elastodinámico, y algunos de los primeros parecen haber echado una llave inglesa a los segundos.

"Muchas veces, las analogías de otros campos son útiles, pero la elasticidad agrega múltiples factores físicos que no tienes en el electromagnetismo, "Dijo Yavari." Por ejemplo, el equilibrio del momento angular se está violando en gran parte de la literatura de investigación.

El momento angular es una propiedad de la masa en movimiento de rotación, y es resistente a los cambios. Muchas personas han experimentado un impulso angular al inclinar un giroscopio giratorio y verlo moverse obstinadamente por un camino inesperado.

Aunque es una ola la luz son fotones, que no tienen masa. Olas de estrés por otra parte, viajar a través de la materia, específicamente, materia sólida en lugar de líquido o gas, y eso agrega una dinámica fundamental del mundo real a la ecuación.

Esa dinámica también afecta ese agujero que esconde el objeto. Sin ello, las ondas de estrés viajan de manera bastante uniforme a través de un medio, pero con eso, las tensiones se concentran alrededor del agujero y estropean la ordenada geometría de los patrones de ondas.

¿El manto romano?

¿Qué hacer? Capa de todos modos. Si no existe la solución ideal, hacer uno imperfecto.

"Las matemáticas dicen que el encubrimiento no es posible en sentido estricto. Cuando entiendes eso, no pierdas el tiempo, ", Dijo Yavari." Usted formula problemas que optimizan con lo que sabe acerca de las tensiones específicas o cargas contra las que desea protegerse ".

Los ingenieros podrían protegerse contra importantes tensiones sísmicas si utilizan materiales que hayan sido pretensados ​​específicamente, tienen ciertas propiedades elásticas y distribución de densidades que se detallan en el estudio. Una capa de la vida real puede no alcanzar un ideal y aun así ser grandiosa.

"Si en lugar del 100 por ciento de la energía de las olas solo siento el 10 o el 20 por ciento, es un gran problema porque la ingeniería no es una búsqueda de ideales absolutos, "Dijo Yavari.

Incluso los antiguos romanos, notoriamente matemático-fóbico, parecen haber construido capas sísmicas inadvertidamente en su diseño de anfiteatros, según un informe de MIT Technology Review. Su parecido con los dispositivos de ocultación experimentales modernos puede haber ayudado a preservarlos durante 2, 000 años en regiones sísmicamente activas.

El nuevo estudio también examinó una idea popular en la ingeniería civil de que construir con una familia de materiales que tienen una microestructura que los convierte en "sólidos Cosserat" podría permitir un encubrimiento perfecto. Los autores concluyeron que esto tampoco puede funcionar. El estudio no consideró los llamados metamateriales, que han recibido atención para desviar en particular las ondas de luz.