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Uma equipe internacional de físicos desenvolveu uma atualização de alta tecnologia para o canhão de ar clássico, onde os mesmos princípios que permitem que anéis de fumaça viajem através de uma sala agora estão sendo aplicados na criação de um canhão de vórtice eletromagnético.
Anéis de vórtice, também conhecidos como vórtices toroidais, são fenômenos intrigantes que ocorrem em formas familiares, como anéis de fumaça e explosões de canhões de ar. Nestes exemplos, o vórtice é formado quando um fluido, gasoso ou líquido, é forçado através de um buraco. Anéis de fumaça são visíveis devido à coloração da fumaça, enquanto anéis de vórtice de um canhão de ar são formados a partir de gases invisíveis na atmosfera da Terra.
Quando o ar é forçado para fora do canhão, ele inicialmente forma uma bola rapidamente expelida. Essa bola é rapidamente desacelerada nas bordas devido ao atrito com as bordas do buraco, causando uma formação semelhante a uma nuvem de cogumelo. As partes externas dessa nuvem são puxadas para dentro, criando o formato do anel. Esse movimento giratório, semelhante a uma bola rolando no chão, permite que o anel de vórtice viaje uma distância significativa antes de dissipar ou perder energia cinética.
Uma nova aplicação de princípios antigos
Os pesquisadores pegaram o conceito de anéis de vórtice e o aplicaram a ondas eletromagnéticas. Esta equipe internacional, sediada na China, Reino Unido e Cingapura, não é a primeira a investigar pulsos eletromagnéticos toroidais, mas é a primeira a caracterizar sua dinâmica de propagação e configurações topológicas. Eles construíram um dispositivo usando uma antena cônica de corneta de banda larga para lançar pulsos toroidais de micro-ondas.
Em uma declaração que acompanha o lançamento do artigo, a equipe explicou sua nova criação: “O princípio envolve a utilização de antenas coaxiais cônicas de banda ultralarga, radialmente polarizadas, para criar uma estrutura de onda eletromagnética rotativa. Quando a antena emite, ela gera uma diferença de pressão instantânea que forma esses anéis de vórtice, que mantêm sua forma e energia em longas distâncias. A singularidade desse método está em sua capacidade de produzir pulsos eletromagnéticos com características topológicas complexas, como skyrmions, que apresentam notável resiliência e propriedades de autocura durante a propagação.”
A equipe testou seu dispositivo em uma câmara anecóica de micro-ondas, que é projetada para absorver reflexões de micro-ondas. Eles usaram uma sonda de chifre polarizada linearmente, operando na faixa de frequência de 1-18 GHz, para receber as ondas. Este experimento marcou o primeiro mapeamento experimental de texturas de skyrmions. Analisando os dados, a equipe ficou impressionada com a resiliência da forma de onda, sugerindo uma utilidade distinta para muitas aplicações práticas.
Aplicações do Canhão de Vórtice Eletromagnético
“As aplicações potenciais desta tecnologia são vastas e empolgantes”, observou a equipe. Enquanto um canhão de vórtice tradicional é usado para empurrar força, este novo dispositivo tem aplicações mais pacíficas, particularmente em transmissão de dados robusta e eficiente. As qualidades espectrais e de polarização exclusivas da tecnologia permitem que os anéis de vórtice carreguem mais informações do que os tipos de onda existentes, tornando-os uma excelente opção para o futuro das comunicações de rede.
Também há potenciais aplicações militares, especialmente em sensoriamento. Assim como os anéis de fumaça mantêm sua forma em longas distâncias, a integridade dos anéis de vórtice eletromagnéticos pode torná-los excepcionais para sensoriamento e detecção remotos. Pesquisas adicionais sobre os padrões exclusivos encontrados nesses pulsos podem permitir que engenheiros criem sistemas de sensores altamente precisos. Semelhante ao radar, esses sistemas podem ser expandidos para coleta de dados meteorológicos e, em um alcance menor, para uso em microscopia. “Este trabalho não apenas demonstra a incrível versatilidade dos anéis de vórtice eletromagnéticos, mas também prepara o cenário para futuras inovações em tecnologia sem fio, criando oportunidades para redefinir nossa compreensão dos fenômenos eletromagnéticos”, diz a equipe.
O novo artigo“Observação de propagação resiliente e skyrmions de espaço livre em pulsos eletromagnéticos toroidais”, foi publicado em 14 de agosto em Avaliações de Física Aplicada.
Ryan Whalen cobre ciência e tecnologia para o The Debrief. Ele é bacharel em História e mestre em Biblioteconomia e Ciência da Informação com certificado em Ciência de Dados. Ele pode ser contatado em ryan@thedebrief.org, e siga-o no Twitter @mdntwvlf.
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