Môj profil 
Predplatné
Na Petrohradskej polytechnickej univerzite Petra Veľkého to bolo vysvetlené jednoduchým príkladom: aby sa hojdačka rozhýbala, treba do nej neustále strkať. Predpokladalo sa, že bez neustáleho vonkajšieho vplyvu nie je možné dosiahnuť vibračné rezonancie.
Vedecká skupina Vyššiej školy teoretickej mechaniky Ústavu aplikovanej matematiky a mechaniky SPbPU však objavila nový fyzikálny fenomén – balistickú rezonanciu, pri ktorej môžu mechanické vibrácie vznikať iba vďaka vnútorným tepelným zdrojom systému.
Kľúčom k porozumeniu boli experimentálne práce vedeckých skupín po celom svete, ktoré ukázali, že v ultračistých kryštalických materiáloch na nano a mikro úrovni sa teplo šíri anomálne vysokou rýchlosťou. Tento jav bol nazvaný balistická tepelná vodivosť.
Vedecký tím vedený členom korešpondentom Ruskej akadémie vied Antonom Krivcovom odvodil rovnice popisujúce tento jav a urobil významný pokrok v porozumení tepelným procesom v mikroskopickej stupnici. V štúdii uverejnenej vo vedeckom časopise Physical Review E vedci skúmali správanie systémov s počiatočným periodickým rozložením teploty v kryštalickom materiáli.
Objavený jav spočíva v tom, že proces vyrovnávania tepla vedie k vzniku mechanických vibrácií so zvyšujúcou sa amplitúdou v priebehu času. Tento efekt sa nazýva balistická rezonancia.
“V posledných niekoľkých rokoch náš výskumný tím študoval mechanizmy šírenia tepla v mikro a nano časticiach. Počas práce sme zistili, že na týchto úrovniach sa teplo šíri úplne inak, než sme očakávali – napríklad teplo môže prúdiť od studeného k horúcemu. Takéto správanie nano systémov vedie k novým fyzikálnym javom, ako je balistická rezonancia,” povedal Vitalij Kuzkin, docent Vyššej školy teoretickej mechaniky SPbPU.
Podľa jeho slov chcú vedci v budúcnosti pochopiť, ako je to možné využiť v takých perspektívnych materiáloch, ako je napríklad grafén.
Tieto objavy tiež umožňujú vyriešenie paradoxu Fermi-Pasta-Ulam-Tsingy. V roku 1953 vykonal výskumný tím vedený Enricom Fermiom počítačový experiment, ktorý sa neskôr stal slávnym. Vedci skúmali najjednoduchší model vibrácie reťazca častíc spojených pružinami. Predpokladalo sa, že mechanický pohyb bude postupne miznúť a premieňať sa v chaotické termálne vibrácie, ale výsledok bol neočakávaný: vibrácie v reťazci spočiatku takmer vymizli, ale potom sa obnovili a dosiahli takmer počiatočnej úrovne. Systém sa vrátil do pôvodného stavu a cyklus sa opakoval znova. Príčiny vzniku mechanických vibrácií pôsobením tepla v skúmanom systéme sú už celé desaťročia predmetom vedeckých výskumov a sporov.
Amplitúda mechanických vibrácií spôsobených balistickú rezonanciou sa nezvyšuje donekonečna, ale dosahuje maximum, po ktorom začína postupne klesať na nulu. V priebehu času mechanické vibrácie úplne miznú a teplota sa v celom kryštáli vyrovnáva. Tento proces sa nazýva termalizácia.
Pre mechaniku a fyziku je tento experiment dôležitý z toho dôvodu, že reťazec častíc spojených pružinami je dobrým modelom kryštalického materiálu.
Vedci z Vysokej školy teoretickej mechaniky pri Petrohradskej polytechnickej univerzite preukázali, že k premene mechanickej energie na teplo dochádza nezvratne, ak tento proces berieme do úvahy pri konečnej teplote.
“Zvyčajne sa neberie do úvahy, že v reálnych materiáloch je spolu s mechanickými prítomný tepelný pohyb, ktorého energia je o niekoľko rádov vyššia. Znovu sme vytvorili tieto podmienky v počítačovom experimente a ukázalo sa, že práve tepelný pohyb tlmí mechanickú vlnu a bráni obnove vibrácií,” vysvetlil Anton Krivcov, riaditeľ Vyššej školy teoretickej mechaniky pri Petrohradskej polytechnickej univerzite, člen korešpondent Ruskej akadémie vied.
Podľa názoru odborníkov umožňuje teoretický prístup navrhnutý vedcami z Petrohradskej polytechnickej univerzity novým spôsobom sa pozrieť, čo sa myslí teplom a teplotou, a môže byť zásadný pre vývoj nanoelektronických zariadení budúcnosti.
.JPG)
