,,Vedeliku voolu keep” võib peita laevu voolava vee eest

Tuleviku laevad võivad olla võimelised liikuma vees ilma laineid tekitamata. Nii väidavad USA füüsikud, kes on esitlenud uut tüüpi ainet, mis laseb veel voolata ümber objekti nii, nagu seda polekski. Veel valmis ehitamata kavand võib parandada laevade ja allveelaevade energiakasutuse efektiivsust ning isegi ära hoida nende avastamist. “Meie loodud struktuuri peamine funktsioon on vedeliku voolu suunamine ümber objekti ilma selle olemasolu tundmata”, sõnas Yaroslav Urzhumov Duke’i Ülikoolist.

Viimasel viiel aastal on seadmeid “nähtamatuks” muutmisele suunatud uurimistöö olnud puhanguline. Esimest töötavat “keepi”, mis töötas mikrolainete piirkonnas, esitles uurijate meeskond David Smithi juhatusel 2006. aastal. Sellest alates on uurijad esitanud ja demonstreerinud “katteseadmeid”, mis sobivad nähtava valguse, heli ja isegi ajas toimuvate sündmuste varjamiseks, kirjutab PhysicsWorld.com.

Vedeliku voolu kõrvale kallutamine

Uusim Urzhumovi ja Smithi loodud kavand, mis esitati peatseks avaldamiseks ajakirjale Physical Review Letters, võiks kanda nimetust “veekeep” või täpsemalt “vedeliku voolu keep”.  See põhineb samal teoorial, mille abil loodi eelnevad keebid – transformatsiooni optikal (transformation optics). Samal viisil kui üldrelatiivsusteooria võrrandid näitavad, kuidas gravitatsioon võib väänata aegruumi, näitavad transformatsioonioptika võrrandid, kuidas ebatavaliste omadustega ained on võimelised väänama valguse või teiste lainete, näiteks heli või vee liikumisteekonda. Need eksootilised ained, mida tuntakse metaainetena, võivad juhtida laineid ümber objekti nii, et distantsilt jääb mulje, nagu objekti poleks tegelikult seal.

Uurijad on varemgi kohandanud nähtamatuks tegevaid “keepe” vee jaoks. 2008. aastal  näitasid füüsikud Liverpooli Ülikoolist Suurbritannias ja Marseille’i Keskkolledžist Prantsusmaal, kuidas metaaine võib varjata objekti pindmiste veelainete eest. Kuid pinnalained erinevad vedeliku voolust: lainete puhul ei lähe vedelik ise kuhugi ning seega ei kanta selle massi üle. Urzhumov ja Smith näitavad nüüd esimesena, kuidas objekti võib edukalt katta nii, et see võib liikuda läbi vee jälgi jätmata.

Üheks ette tulnud probleemiks oli vedeliku voolamise suunamine ümber laeva nii, et see kohtuks taas korralikult, ilma vahutamata laeva ahtri juures. Selleks pakkusid Urzhumov ja Smith välja, et laeva ümbritsev metaaine ei peaks olema ainult poorne, vaid ka omama anisotroopilist struktuuri, mis avaldab laeva erinevates osades vee voolule erisugust vastupanu. Urzhumov arvas, et selleks võiks olla traatidega toetatud terade võrestik.

Vajatakse imeväikeseid pumpasid

Isegi kui metaaine oli võimeline juhtima vett ümber laeva, esines suurem problem: mida enam vedelikku kõrvale juhiti, seda rohkem laev aeglustub. See on kiiruse muutumine, mis vastutab vahutava lainetuse tekke eest laeva liikumisel. Uurijad leidsid seega, et metaaine peaks aktiivselt vett pumpama kiiruse kaotuse tasategemiseks. Kuna pumpamist peaks tehtama kogu metaaine ulatuses, peaksid pumbad olema imeväikesed.

Urzhumovil on selleks paar ideed. Üheks on piesoelektriline pump, mis sisaldab väikest elektrivoolu mõjul painduvat kristalli. Teiseks pakkus teadlane välja elektro-osmootilise pumba kasutuselevõtu, milles elektrivoolu tekitamine piki membraani loob erinevuse surves ning surub vee sellest läbi. “Elektro-osmootilistel mikropumpadel on palju väikesem voolukiirus, nii et neid saab ainult kasutada põhimõtte tõestamiseks, miniatuursete ja aeglaselt liikuvate prototüüpide ehitamiseks,” väidab Urzhumov. “Piesoelektrilised mikropumbad on aga kõige tõenäolisemad kandidaadid.”

Avastamise vältimine

Veel üheks eeliseks on vaikus. Tavaline laev tekitab turbulentsete lainetega palju akustilist müra. Kõrvaldades laine, muudaks metaaine laeva vaiksemaks. “Luure kasutab näiteks akustilist müra laevade avastamiseks,” sõnas Urzhumov.

Allikas

Teadusartikkel: “Fluid Flow Control with Transformation Media“