科学家发现两种新的浅水波形

2011-8-02 00:01 来源: 中国科学院
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  据美国物理学家组织网近日报道,法国科学家通过精确地摇晃一箱浅水,观察到了两种新形式的驻波,其中一种驻波以前从未在任何媒介中被观察到过。科学家们表示,这两种新形式波背后的形成机制在非线性光学、化学、生物学等领域可能都起着关键的作用;最新研究也有助于科学家更好地理解海面上非线性波的形成原因。研究发表在最新一期《物理评论快报》上。

  尼斯大学的科学家将水限制在一个赫尔—肖氏胞膜内,这种胞膜是一个由两块平行的玻璃板制成的“箱子”,玻璃板宽30厘米,中间被一条仅宽15毫米的小缝隙分开,水深约5厘米。他们将该胞膜放在一个振荡器上,让该胞膜以及其内的水垂直振动,然后小心翼翼地调整振动频率和振幅,并用一台高速摄影机记录下了水面的变形。

  随着振荡幅度慢慢增加,名为法拉第波的大振幅二维驻波开始在水面形成。当一种液体的振动频率超过某个特定值并且表面开始变得不稳定时,其表面就会形成法拉第波。

  科学家们观察到了两种不同形状的法拉第波,一种有偶对称,而另一种有奇对称。偶对称可被看做波的左右两边垂直对称,而奇对称则指波的上下两部分并不完全一样。他们认为,不同波形的产生很可能源于用来扰乱水面的外部探测仪。

  对这两种驻波进行分析后的结果显示:二维偶对称与一种三维的“轴对称振动”非常像,这种波形以前曾在一层正在振动的青铜珠表面看到过。然而,奇对称驻波从没有在任何媒介中观察到过。

  科学家们表示,这两种波都非常局部,而且非常固定。科学家们至今只描述过两种主要的浅水孤立波:增殖孤立波和包络孤立波,最新观察到的驻波属于完全不同的孤立波类型。

  这两种波的振幅比较大,而常用的振幅方程式只能描述小很多的振幅,因此科学家目前还无法解释表面的不稳定如何导致这些波的形成。不过,他们认为,这种新奇的波形很可能源于平静区域和振动区域之间的重叠,这两者都源于振动产生的不稳定。造成这种不稳定的机制可能在非线性光学、化学、生物学以及海波等领域起着重要的作用。科学家们也希望最新研究有助于强化他们对有关大振幅海波形成的理解。