Seja a capa de invisibilidade de Harry Potter, que direciona perfeitamente as ondas de luz em torno dos objetos para torná-los invisíveis, jamais se tornará realidade, ainda está para ser visto, mas aperfeiçoar uma capa mais crucial é impossível, um novo estudo diz. Teria direcionado perfeitamente as ondas de estresse no solo, como aqueles que emanam de uma explosão, em torno de objetos como edifícios para torná-los "intocáveis".

Apesar de lançar dúvidas profundas sobre dezenas de artigos teóricos sobre camuflagem "elastodinâmica", os autores do novo estudo do Instituto de Tecnologia da Geórgia não acham que os engenheiros civis devam desistir completamente dele, apenas com a ideia de um manto ideal. A camuflagem limitada ainda pode adicionar um grau de proteção às estruturas, particularmente contra algumas ondas de estresse comuns em terremotos.

"Com cloaking, existe essa expectativa de que se você receber qualquer tipo de onda de estresse de qualquer tipo de direção, uma capa deve ser capaz de esconder o objeto dela. Agora vemos que não é possível, "disse o investigador principal Arash Yavari, professor na Escola de Engenharia Civil e Ambiental da Georgia Tech e na Escola de Engenharia Mecânica George W. Woodruff. "Mas para uma grande classe de distúrbios, ou seja, as perturbações no plano, você provavelmente poderia desenhar uma boa capa. "

Em um terremoto, distúrbios no plano são ondas sísmicas que seguem caminhos planos e largos - ou planos - através da superfície da Terra.

Yavari e co-autor Ashkan Golgoon, um assistente de pesquisa graduado estudando com Yavari, publicou seu estudo na revista Arquivo para Mecânica Racional e Análise , um jornal líder em mecânica sólida teórica, em 16 de maio, 2019. A pesquisa foi financiada pelo Gabinete de Pesquisa do Exército.

A capa do sonho

O sonho de uma camuflagem para orientar as ondas de estresse além de uma estrutura como se ela não existisse tem muito em comum com o sonho de uma capa de invisibilidade, que dobraria a luz - ondas eletromagnéticas - em torno de um objeto e, em seguida, apontaria para o outro lado.

As ondas de luz atingindo o olho do observador revelariam o que está por trás do objeto, mas não o próprio objeto. Na camuflagem elastodinâmica, as ondas não são eletromagnéticas, mas mecânicas, movendo-se pelo chão. Hipoteticamente, encobrir o objeto o isolaria completamente das ondas.

Em um cenário para proteger, dizer, um reator nuclear de quaisquer ondas de estresse viajando pelo solo, seja de uma calamidade natural ou causada pelo homem, idealmente, engenheiros civis podem abaixar a base do reator em um buraco abaixo da superfície do solo. Eles construiriam um cilindro protetor ou uma bacia subterrânea semi-esférica ao redor dele com materiais especiais para direcionar as ondas de estresse ao redor do círculo.

Existem sonhos, depois, há as descobertas do estudo.

“Provamos que a forma da capa não importa, seja esférico ou cilíndrico, você não pode disfarçar completamente, "Yavari disse.

A analogia errônea

Muita teoria e matemática da camuflagem eletromagnética (luz) foram transferidas para a pesquisa de camuflagem elastodinâmica, e alguns dos primeiros parecem ter jogado uma chave no último.

"Muitas vezes, analogias de outros campos são úteis, mas a elasticidade adiciona vários fatores físicos que você não tem no eletromagnetismo, "Yavari disse." Por exemplo, o equilíbrio do momento angular está sendo violado em grande parte da literatura de pesquisa.

O momento angular é uma propriedade da massa em movimento rotacional, e é resistente a mudanças. Muitas pessoas experimentaram o momento angular ao inclinar um giroscópio giratório e observá-lo se mover obstinadamente por um caminho inesperado.

Embora seja uma onda, luz são fótons, que não têm massa. Ondas de estresse, por outro lado, viajar através da matéria, especificamente, matéria sólida em oposição a líquido ou gás - e isso adiciona dinâmica essencial do mundo real à equação.

Essas dinâmicas também afetam aquele buraco que esconde o objeto. Sem isso, as ondas de estresse viajam uniformemente por meio de um meio, mas com isso, as tensões se concentram em torno do buraco e bagunçam a geometria pura dos padrões de onda.

O manto romano?

O que fazer? Capa de qualquer maneira. Se a solução ideal não existe, faça um imperfeito.

"A matemática diz que a camuflagem não é possível no sentido estrito. Quando você entende isso, voce nao perde tempo, "Yavari disse." Você formula problemas que otimizam com o que você sabe sobre tensões direcionadas ou cargas contra as quais deseja se proteger. "

Os engenheiros podem se proteger contra tensões sísmicas importantes se usarem materiais que foram especificamente pré-tensionados, têm certas propriedades elásticas e distribuição de densidades que são detalhadas no estudo. Uma capa da vida real pode ficar aquém de um ideal e ainda assim ser ótima.

"Se em vez de 100 por cento da energia das ondas eu sentir apenas 10 ou 20 por cento, é um grande negócio porque a engenharia não é uma busca por ideais absolutos, "Yavari disse.

Mesmo os antigos romanos, notoriamente fóbico à matemática, parecem ter construído inadvertidamente capas sísmicas em seu projeto de anfiteatros, de acordo com um relatório da MIT Technology Review. Sua semelhança com dispositivos de camuflagem experimentais modernos pode ter ajudado a preservá-los por 2, 000 anos em regiões sismicamente ativas.

O novo estudo também examinou uma ideia popular na engenharia civil de que construir com uma família de materiais que têm uma microestrutura que os torna "sólidos de Cosserat" pode permitir uma camuflagem perfeita. Os autores concluíram que isso também não pode funcionar. O estudo não considerou os chamados metamateriais, que receberam atenção para redirecionamento em ondas de luz específicas.