Niewidzialny dla dźwięku
dodany przez
KopalniaWiedzy.pl, w Technologia
-
Podobna zawartość
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Ćmy decydują o tym, gdzie złożyć jaja na podstawie... dźwięków wydawanych przez rośliny – donoszą naukowcy z Uniwersytetu w Tel Awiwie. Okazuje się zatem, że nie tylko rośliny modyfikują swoje zachowanie, odbierając dźwięki wydawane przez owady – o czym pisaliśmy niedawno – ale również zwierzęta reagują na dźwięki wydawane przez rośliny. I podejmują na tej podstawie jedne z najważniejszych decyzji w ich życiu.
Izraelscy naukowcy z laboratoriów profesora Yossiego Yovela i profesor Lilach Hadany już przed dwoma laty odkryli, że zestresowane w wyniku niekorzystnych warunków środowiskowych rośliny emitują ultradźwięki. Wiele gatunków zwierząt jest w stanie je usłyszeć. Odkrycie to otworzyło nowe pole badawcze dotyczące akustycznej interakcji pomiędzy roślinami a zwierzętami.
Profesor Yovel i jego zespół wysunęli hipotezę że skoro rośliny wydają dźwięki słyszalne przez zwierzęta, to być może zwierzęta reagują na te dźwięki i odpowiednio się zachowują. Naukowcy skupili się więc na samicach ciem składających jaja na roślinach. Założyli, że owady będą chciały składać jaja na zdrowych roślinach, by larwy po wykluciu się miały dostęp do jak najlepszego pożywienia. Postanowili więc sprawdzić, czy owady złożą jaja na roślinach, które wydają dźwięki świadczące o tym, iż brakuje im wody.
W pierwszym eksperymencie, chcąc wyizolować element akustyczny od optycznego i zapachowego, naukowcy skonfrontowali ćmy z dwoma pudełkami. W jednym znajdował się głośnik odtwarzający dźwięk odwodnionego krzaku pomidora, z drugiego pudełka nie wydobywały się żadne dźwięki. Ćmy wyraźnie wybierały pudełko z głośnikiem, interpretując je jako żywą roślinę. To wskazało, że zwierzęta odbierają dźwięki wydawane przez rośliny i reagują na nie. Gdy bowiem naukowcy zneutralizowali organy ciem odpowiadające za odbieranie dźwięków, zwierzęta zaczęły traktować oba pudełka jednakowo, co pokazało, że ich preferencje opierały się właśnie na dźwięku, a nie innych sygnałach.
W drugim eksperymencie ćmy miały do czynienia z dwoma zdrowymi krzakami pomidorów. Przy jednym z nich ustawiono głośnik wydający dźwięki zestresowanej rośliny, drugi krzak nie wydawał dźwięków. Ćmy wybierały cichą roślinę. Najwyraźniej uznały ją za zdrową, a więc lepsze miejsce do złożenia jaj.
Podczas trzeciego eksperymentu samice znowu miały do czynienia z dwoma pudełkami. W jednym znajdował się samiec, który emituje ultradźwięki podobne do tych emitowanych przez rośliny. W tym przypadku samice nie wykazywały żadnych preferencji i składały jaja na obu pudełkach.
Na podstawie tak przeprowadzonych badań naukowcy stwierdzili, że samice reagują na dźwięki wydawane przez rośliny i na tej podstawie decydują o miejscu złożenia jaj. Jesteśmy przekonani, że to dopiero początek. Interakcje akustyczne pomiędzy roślinami a zwierzętami są bez wątpienia znacznie bardziej bogate, stwierdzają badacze.
Źródło: Female Moths Incorporate Plant Acoustic Emissions into Their Oviposition Decision-Making Process, https://elifesciences.org/reviewed-preprints/104700
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Naukowcy z Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie i Katedry Ogrodnictwa Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu badają dźwięki wydawane przez rośliny. Naukowcy chcą sprawdzić, czy w warunkach stresowych – jak susza lub atak szkodników – rośliny informują dźwiękiem o swoim stanie. To nie tylko zwiększy naszą wiedzę o roślinach, ale pomoże też lepiej dbać o uprawy wielkopowierzchniowe. Dotychczas na świecie prowadzono niewiele badań nad tym zagadnieniem.
Pierwsze eksperymenty przeprowadzono w szklarni doświadczalnej Centrum Innowacyjnych Technologii Produkcji Ogrodniczej Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu. Badaniu poddano tam małe sadzonki pomidorów. Okazało się, że rośliny emitowały impulsy w ultradźwiękach, a ich częstotliwość zmieniała się wraz ze zmianą pory dnia. Więcej impulsów generowane było za dnia niż w nocy.
Kolejny etap badań prowadzono w komorze bezechowej Laboratorium Akustyki Technicznej AGH. Użyty tam specjalistyczny sprzęt pozwolił na rejestrowanie dźwięków o częstotliwości powyżej 200 kHz. Tak duża czułość jest potrzebna, gdyż różne rośliny emitują dźwięki o różnej częstotliwości. O ile zakres dźwięków emitowanych przez pomidory wynosi 20–50 kHz, to z literatury wiadomo, że zboża czy winorośl wydają dźwięki o częstotliwości 80–150 kHz.
Badania w komorze bezechowej trwały kilka tygodni. Umieszczona w niej roślina została otoczona przez 8 specjalistycznych mikrofonów, dzięki czemu można było też sprawdzić kierunek emisji dźwięku. W ten sposób przebadano kilka sadzone pomidorów. Najpierw były one prawidłowo nawożone i podlewane, następnie je przesuszano, aż do całkowitego wyschnięcia. Okazało się, że gdy rodzina schła, emitowała coraz bardziej intensywne impulsy dźwiękowe. Teraz naukowcy zajmują się analizą zmian zachodzących w dźwiękach wydawanych przez wysychającą roślinę.
Badania akustyczne mogłyby znaleźć zatem zastosowanie w kolejnym, bardzo nieoczywistym, obszarze jakim są hodowle kontrolowane roślin, a te jak wiemy zyskują na coraz większej popularności na świecie. Oprócz danych związanych z wilgotnością czy temperaturą otoczenia hodowcy mogliby na podstawie sygnału bezpośrednio od rośliny decydować o wzmocnieniu nawożenia, intensywniejszym podlewaniu czy ochronie przed szkodnikami, bez fizycznej obecności na miejscu, stwierdzają naukowcy.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Naukowcy z Cornell University zaproponowali nowatorską metodę jednoczesnego modulowania w czasie rzeczywistym właściwości absorpcyjnych i refrakcyjnych metamateriałów. To zaś pozwoli na kontrolowanie w czasie i przestrzeni propagacji fal w metamateriałach, co może mieć olbrzymie znaczenie zarówno w fizyce, jak i inżynierii.
Autorami teoretycznej pracy, opublikowanej na łamach pisma Optica, są doktoranci Zeki Hayran i Aobo Chen oraz ich opiekun naukowy profesor Francesco Monticone. Dotychczas naukowcy zajmujący się metamateriałami badali je pod kątem możliwości kontrolowania albo absorpcji, albo refrakcji fal elektromagnetycznych. Jednak młodzi naukowcy z Monticone Research Grooup wykazali właśnie, że jeśli będziemy w stanie manipulować obiema właściwościami w czasie rzeczywistym, możliwości metamateriałów zostaną znacznie zwiększone. Metamateriały, których właściwości można zmieniać w czasie – zwane chronometamateriałami – mogą przyczynić się do olbrzymich postępów technologicznych.
Wykazaliśmy, że jeśli będziemy modulować w czasie obie te właściwości jednocześnie, uzyskamy znacznie lepszą absoprcję fal elektromagnetycznych niż w strukturze stabilnej lub takiej, w której można modulować w jednym momencie tylko jedną z tych cech. Uzyskujemy w ten sposób znacznie bardziej efektywny system, mówi Monticone.
Odkrycie możne doprowadzić do stworzenia nowych metamateriałów o bardzo pożądanych właściwościach. Na przykład materiał pochłaniający szerokie pasmo fal radiowych musi mieć grubość powyżej pewnej grubości granicznej, jednak może to znacząco utrudniać projektowanie urządzeń go wykorzystujących. Żeby zmniejszyć grubość takiego materiału, a jednocześnie zwiększyć zakres pochłanianych fal, trzeba pokonać ograniczenia konwencjonalnych materiałów. Jednym ze sposobów na to jest modulowanie ich struktury, wyjaśnia Hayran.
Badacze chcą, by ich prace przyczyniły się do dokonania dużego skoku technologicznego. Nie szukamy możliwości stopniowych zmian technologicznych. Chcemy dokonać przełomowych zmian. To nas naprawdę motywuje. Jak można dokonać takich zmian? Trzeba zacząć od samych podstaw, dodaje Monticone.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Międzynarodowy zespół naukowy postanowił zbadać wpływ hałasu na zwierzęta i ekosystemy morskie. Uczonych zaskoczyło, do jakiego stopnia ludzie zanieczyszczają oceany dźwiękiem, co ma negatywny wpływ na żyjące w nich zwierzęta. Hałas negatywnie wpływa na ich zachowanie, rozmnażanie, zdrowie i może przyczyniać się do śmierci zwierząt.
Problem jest kolosalny. Na przykład u południowych wybrzeży Chile znajduje się jeden z najważniejszych na południowym Pacyfiku obszarów żerowania płetwali błękitnych. Zwierzęta przybywają tam, by wychowywać młode. Niedawne badania wykazały, że w miesiącach letnich przeciętny płetwal spotyka tam... 1000 łodzi na dobę. Musi więc bez przerwy starać się unikać kolizji, nie mówiąc już o olbrzymim hałasie generowanym przez ich silniki.
Od czasu rewolucji przemysłowej ludzkość coraz bardziej zanieczyszcza oceany dźwiękiem. Rozwój rybołówstwa, transportu morskiego, turystyki, budowa infrastruktury i wiele innych aktywności H. sapiens powodują, że w światowych oceanach jest coraz więcej sztucznego dźwięku, przez co naturalne odgłosy są coraz słabiej słyszalne.
Poniżej możemy posłuchać, jak olbrzymia różnica jest pomiędzy naturalnym dźwiękiem oceanu, a dźwiękiem zanieczyszczonym przez człowieka.
Profesor Carlos M. Duarte z Uniwersytetu Nauki i Technologii im. Króla Abdullaha (KAUST) stanął teraz na czele międzynarodowego zespołu badającego wpływ hałasu na oceany.
Krajobraz dźwiękowy to silny wskaźnik zdrowia środowiska naturalnego. To, co zrobiliśmy w naszych miastach na lądzie, w których naturalne odgłosy zastąpiliśmy sztucznie generowanym hałasem, zrobiliśmy też w oceanach, mówi Ban Halpern, współautor badań z Narodowego Centrum Analizy Ekologicznej i Syntezy na Uniwersytecie Kalifornijskim w Santa Barbara.
Nie od dzisiaj wiemy, że niszczymy oceany wprowadzając do nich olbrzymie ilości odpadów, niszcząc wybrzeża i rafy koralowe. Znacznie trudniej jednak zauważyć to, co robimy za pomocą hałasu. Tymczasem może on być niezwykle szkodliwy. Powoduje np. że młode zwierzęta nie słyszą nawoływań rodziców i nie potrafią wrócić do bezpiecznych kryjówek. Tymczasem w projektach ochrony oceanów bardzo rzadko uwzględnia się zanieczyszczenie dźwiękiem.
Dźwięk w wodzie podróżuje bardzo szybko i bardzo daleko. Nic więc dziwnego, że zwierzęta morskie są bardzo wyczulone na dźwięk. Wykorzystują go w całym szeregu swoich zachowań. Dźwięk odgrywa w oceanach kolosalną rolę. Ludzie wciąż nie doceniają tego aspektu środowiska morskiego, stwierdzają autorzy badań. Nikt z nas nie chciałby mieszkać koło autostrady, bo wiąże się to z ciągłym uciążliwym hałasem. Zwierzęta w oceanie bez przerwy są narażone na olbrzymi hałas.
Naukowcy z Arabii Saudyjskiej, Danii, USA, Wielkiej Brytanii, Australii, Nowej Zelandii, Holandii, Niemiec, Hiszpanii, Norwegii i Kanady postanowili przeprowadzić dokumentację dźwięków oddziałujących na środowisko morskie na całym świecie. W tym celu przeanalizowali ponad 10 000 prac naukowych na ten temat.
Głębokie wody oceaniczne są postrzegane przez ludzi – nawet przez specjalistów zajmujących się tym środowiskiem – jako odległe ekosystemy. Jednak gdy wiele lat temu za pomocą hydrofonu słuchałem dźwięków w oceanach, byłem zdumiony, że na głębokości 1000 metrów dominującym dźwiękiem był... dźwięk padającego na powierzchni deszczu. I wtedy zdałem sobie sprawę, jak olbrzymią rolę odgrywa dźwięk w oceanach. W ciągu zaledwie sekundy dociera on z powierzchni na kilometr pod wodę, mówi Duarte.
Autorzy badań uważają, że w wysiłkach na rzecz ochrony oceanów należy brać pod uwagę hałas generowany przez ludzi. I hałas ten należy zmniejszać. Wiele takich działań można przeprowadzić już teraz i nie byłyby one zbyt skomplikowane. Istnieją np. technologie produkcji cichych silników okrętowych. Powoli się one rozpowszechniają, a wprowadzenie odpowiednich przepisów spowodowałoby ich szybsze wdrożenie i zmniejszenie tym samym hałasu w oceanach.
Co więcej, tego typu działania odniosłoby natychmiastowy skutek. Gdy np. zanieczyszczamy ocean środkami chemicznymi i przestajemy je stosować, minie wiele lat, gdy środki te przestaną negatywnie oddziaływać na środowisko. W przypadku dźwięku zmniejszenie hałasu natychmiast poprawia sytuację. I środowisko natychmiast reaguje, czego dowodem jest jego szybki odradzanie się w związku ze zmniejszoną aktywnością człowieka spowodowaną COVID-19.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
W artykule, opublikowanym właśnie na łamach Physical Review Letters, grupa fizyków wysunęła hipotezę, że fale dźwiękowe... posiadają masę. To zaś by oznaczało, że mogą odczuwać bezpośredni wpływ grawitacji. Uczeni sugerują, że fonony w polu grawitacyjnym mogą posiadać masę. Można by się spodziewać, że zagadnienia z zakresu fizyki klasycznej, takie jak to, są od dawna rozstrzygnięte, mówi główny autor artykułu, Angelo Esposito z Columbia University. Wpadliśmy na to przypadkiem, dodaje.
W ubiegłym roku Alberto Nicolis z Columbia University i Riccardo Penco z Carnegie Mellon University zasugerowali, że fonony mogą mieć masę w materii nadciekłej. Esposito i jego zespół twierdzą, że efekt ten można obserwować też w innych ośrodkach, w tym w zwykłych płynach, ciałach stałych oraz w powietrzu.
Mimo, że masa niesiona przez fonon jest niewielka i wynosi około 10-24 grama, może być mierzalna. Jednak, jeśli próbujemy ją zmierzyć, okaże się że jest ona ujemna, zatem fonon będzie „spadał do góry”, czyli oddalał się od źródła grawitacji.
Gdyby ich masa była dodatnia, opadałyby w dół. Jako, że jest ujemna, opadają w górę, mówi Riccardo Penco. Przestrzeń na jakiej „opadają” jest równie niewielka, co ich masa i zależy od medium, przez który fonon się przemieszcza. W wodzie, gdzie dźwięk przenosi się z prędkością 1,5 kilometra na sekundę, ujemna masa fononu powoduje, że odchylenie wynosi 1 stopień na sekundę. Taki odchylenie bardzo trudno zmierzyć.
Nie jest to jednak niemożliwe. Zdaniem Esposito można by tego dokonać w ośrodku, w którym dźwięk przemieszcza się bardzo wolno. Wykonanie pomiaru powinno być możliwe np. w nadciekłym helu, gdzie prędkość dźwięku może spaść do kilkuset metrów na sekundę. Alternatywnym sposobem dla poszukiwania miniaturowych skutków przechodzenia fononu przez egzotyczne ośrodki może być szczegółowe badania bardzo intensywnych fal dźwiękowych.
Z wyliczeń zespołu Esposito wynika, że trzęsienie ziemi o sile 9 stopni powinno uwolnić tyle energii, że zmiana przyspieszenia dźwięku w polu grawitacyjnym powinna być mierzalna za pomocą zegarów atomowych. Co prawda obecnie dostępna technologia nie jest wystarczająco czuła, by wykryć pole grawitacyjne fal sejsmicznych, ale w przyszłości powinno być to możliwe.
Zanim nie przeczytałem tego artykułu, sądziłem, że fale dźwiękowe nie przenoszą masy, mówi Ira Rothstein z Carnegie Mellon University. To ważne badania, gdyż okazuje się, że w fizyce klasycznej, o której sądzimy, że ją rozumiemy, można znaleźć coś nowego. Wystarczy dokładnie się przyjrzeć, by znaleźć niezbadane obszary.
Esposito nie wie, dlaczego dotychczas nikt nie wpadł na ten pomysł, co jego zespół. Może dlatego, że zajmujemy się fizyką wysokich energii, więc grawitacja to nasz chleb powszedni. To nie żadne teoretyczne czary-mary. Można było wpaść na to już przed wielu laty.
« powrót do artykułu
-
-
Ostatnio przeglądający 0 użytkowników
Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.