La avalancha de arena de las dunas en el Parque Nacional del Valle de la Muerte y el Desierto de Mojave puede desencadenar ruidos "retumbantes" o breves estallidos de "eructos", comportándose como un instrumento musical perfectamente afinado.
Este sonido es persistente y las dunas "cantan" en frecuencias que van de 70 a 105 Hertz, con armónicos más altos. Antes del inicio de un auge casi monótono, se producen eructos de sonido de menor amplitud en un rango de frecuencias significativamente más amplio.
Como un grupo de investigadores del Instituto de Tecnología de California y la Universidad de Cambridge informan en la revista de AIP Física de fluidos , de AIP Publishing, descubrieron que el "auge" y el "eructo" corresponden a la transmisión de una clase de ondas diferentes dentro de la duna.
"Intrigada por estos sonidos extraños que emanan de las dunas, Nathalie Vriend investigó este fenómeno como estudiante de doctorado en Caltech con Melany Hunt, profesora de ingeniería mecánica. Colaboraron con Rob Clayton, profesor de geofísica y tomaron prestado unvariedad de instrumentos científicos geofísicos para salir y "investigar" el misterio acústico de las dunas. Vriend se mudó a la Universidad de Cambridge ".
"Durante aproximadamente 25 días de campo de verano individuales, en dunas muy calurosas y arenosas en California, investigamos dunas en auge", dijo Vriend, "y lentamente nos revelaron su física subyacente".
El grupo se enfocó en descubrir cómo, específicamente, los sonidos retumbantes y eructos viajan a través de la arena. "Medimos las características de propagación de las olas, que incluyen el movimiento de los granos y la frecuencia y energía del sonido emitido. Esto, a su vez, reveló queel auge y los eructos son dos fenómenos diferentes, pero relacionados ", dijo.
Para hacer esto, usaron geófonos para medir las vibraciones sísmicas dentro del suelo, que son similares a los micrófonos que captan vibraciones acústicas - presión de sonido - en el aire ". Las ondas que viajan a través de la duna mueven granos de arena individuales,que ejercen una fuerza sobre el geófono que usamos para las mediciones ", agregó Vriend.
observó que "los sonidos de eructos corresponden a una onda de Rayleigh de superficie, viajando radialmente a lo largo de la superficie de la duna de una manera no lineal", señaló Vriend. "Esto significa que las relaciones entre estas propiedades son complicadas debido a la influencia de los granos individuales"
Los fuertes sonidos retumbantes, señaló, se originan a partir de "ondas P lineales que viajan volumétricamente y se reflejan desde las capas internas dentro de la duna real".
El grupo se sorprendió un poco al saber que tanto para el auge como para los eructos, las señales de superficie y volumétricas están presentes con sus propios rasgos y propiedades características, pero las señales dominantes son diferentes.
Otra revelación fue poder excitar la resonancia de duna natural en una ocasión simplemente proporcionando un "impulso" en la superficie de la duna. "Un golpe de martillo en una placa desencadenó una resonancia natural, alrededor de la frecuencia de auge, en el interiorla duna, que es algo que nunca hemos visto descrito en la literatura ", dijo Vriend.
Dado que el estudio del grupo reveló que las emisiones de eructos y auge son diferentes fenómenos acústicos, regidos por diferentes principios físicos, también puede ayudar a explicar algunas diferencias en las mediciones e interpretaciones con respecto al canto de las dunas de arena hechas durante la última década.
"En términos más generales, los estudios sísmicos para la exploración de campos petroleros o las investigaciones de terremotos tienden a depender de escalas de longitud que generalmente son mucho más grandes que las utilizadas por nuestro estudio", agregó. "Incluso si el estudio se realiza en un sustrato arenoso, el 'se registra una respuesta efectiva del medio y las interacciones individuales del grano no suelen ser relevantes. Nuestro trabajo ilustra el comportamiento dual de la propagación de ondas cuando las escalas se reducen a una longitud en la que convergen la propagación de ondas a pequeña y gran escala ".
Vriend ahora es miembro de la Royal Society Research Fellow en el Departamento de Física Matemática y Teórica Aplicada de la Universidad de Cambridge. Su grupo de investigación está trabajando en una variedad de proyectos para investigar y resolver otros misterios de la dinámica granular.
Uno de estos proyectos implica explorar "la dinámica granular durante la avalancha y su influencia en el origen de la estructura en las dunas de arena con mayor detalle", dijo. "Nuestro trabajo reciente implica el uso de técnicas de campo y laboratorio para investigar la avalancha natural y la clasificación engrandes dunas del desierto en Qatar "
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Materiales proporcionado por Instituto Americano de Física . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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