Al convertirse en una onda de sonido transversal, posibilita nuevas aplicaciones para la manipulación del sonido
El sonido puede viajar a través del espacio de la misma forma que lo hace la luz, ha descubierto una investigación de la City University of Hong Kong (CityU) cuyos resultados se publican en la revista Nature Communications.
La propagación de la onda sonora no es transversal, sino longitudinal, mientras que la onda de luz se mueve transversalmente.
Eso significa que la luz es perpendicular a la dirección de la onda lumínica, mientras que el sonido viaja en paralelo a la dirección de la onda sonora.
Lo que ha descubierto la nueva investigación es un nuevo tipo de «onda de sonido transversal», que viaja de la misma manera que una onda de luz.
Desafío científico
El descubrimiento desafía el consenso científico sobre las ondas sonoras y establece un nuevo parámetro que podría allanar el camino para nuevas aplicaciones de sonido más allá del grado de libertad escalar convencional, según los investigadores.
«Si bien el sonido en el aire es una onda longitudinal en los casos habituales, demostramos por primera vez que puede ser una onda transversal en determinadas condiciones», explica el autor principal, Shubo Wang, en un comunicado.
Y añade: «el hallazgo proporciona nuevos grados de libertad para las manipulaciones del sonido».
La razón por la que el sonido es una onda longitudinal «en condiciones habituales» es la ausencia de fuerza de corte en el aire o, más generalmente, en los fluidos.
Cizallamiento del aire
La comprensión del sonido como una onda longitudinal proviene de la ausencia de lo que en física se llama «cizallamiento» o «fuerza de corte». En ingeniería, este término se usa para referirse a la fuerza que atraviesa un objeto sin doblarse.
Lo que han hecho los investigadores es idear una forma en la que se puede crear esta fuerza de corte o cizallamiento en el aire o en los fluidos que rodean una onda sonora, de una manera artificial, pero continua.
Este efecto se puede conseguir si el aire o el fluido que atraviesa la onda sonora se puede confinar en pequeños resonadores: de esta forma es posible obtener un sonido transversal insólito a escala macroscópica.
Un material artificial, especialmente diseñado para el experimento, contiene una compleja red de resonadores que provocan la aparición de la onda sonora transversal.
Onda elástica
Cuando el aire que atraviesa el sonido se confina en esta red de resonadores, forma un metamaterial suficientemente duro capaz de hacer vibrar el aire que rodea a la onda sonora y de provocar la fuerza de corte o cizallamiento que origina la onda sonora transversal.
Los investigadores comprobaron que el metamaterial diseñado para esta investigación, obliga al aire que rodea a la onda sonora a comportarse como un material elástico, capaz de soportar el sonido transversal.
Experimentalmente comprobaron que el sonido en el aire, o el sonido en fluidos, puede ser una onda transversal y tener propiedades vectoriales completas, al igual que la luz, destacan los investigadores.
El descubrimiento proporciona nuevas perspectivas y funcionalidades para manipulaciones de sonido más allá del grado de libertad escalar convencional.
Prometedoras aplicaciones
En el futuro, manipulando estas propiedades vectoriales adicionales, los científicos pueden codificar más datos en el sonido transversal para romper el cuello de botella de la comunicación acústica tradicional mediante ondas sonoras normales, destacan los investigadores.
Lo que se ha conseguido hasta ahora es solo un anticipo de lo que viene, y los investigadores se proponen seguir explorando las intrigantes propiedades de esta onda de sonido transversal para aprovechar este resultado en nuevas aplicaciones que superen las limitaciones de las comunicaciones acústicas actuales.
Referencia bibliográfica:
Spin-orbit interactions of transverse sound. Shubo Wang et al. Nature Communications volume 12, Article number: 6125 (2021). DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-021-26375-9
