Metamateriais acústicos: campos internos e teoria de espalhamento - Alcarás, José Renato (2023)
As propriedades de meios contínuos são de grande interesse das ciências e engenharias por permitirem o desenvolvimento de materiais com propriedades ótimas no desempenho de determinadas funções. Nesse sentido, metamateriais são aqueles que, em uma escala microscópica, possuem geometrias e configurações não encontradas na natureza espontaneamente, porém, em uma escala macroscópica, apresentam-se como materiais contínuos com propriedades físicas não convencionais, como índices de refração negativos e anomalias em coeficientes de absorção. Para propriedades acústicas, as investigações de materiais podem ser conduzidas das mais diversas formas. Entre elas, destaca-se o uso da teoria de espalhamento como metodologia para tratar da interação da onda acústica com os materiais. Buscando compreender esse tipo de interação, bem como fazer uso de parâmetros da literatura ainda não aplicados na caracterização de materiais acústicos, essa tese propõe-se a investigar os campos acústicos no interior de centros espalhadores fluidos e viscoelásticos, e tratar de cenários aplicáveis para a engenharia de metamateriais. É um estudo de base, majoritariamente analítico, que se sustenta na proposta de fornecer um arcabouço de trabalho para desenvolvimentos aplicáveis com diferentes fluidos e materiais viscoelásticos. Nas investigações, observaram-se regimes de ressonâncias entre as ondas incidentes e os objetos espalhadores para geometrias esféricas e cilíndricas de meios fluidos, o que caracteriza-se pelo armadilhamento de números inteiros de comprimentos de onda no interior do objeto. Foram considerados exemplos de espalhamento simples em cenários envolvendo fluidos e materiais viscoelásticos, especialmente os que são tratados pelo modelo de Kelvin-Voigt, e comparadas as principais diferenças entre esses meios no que diz respeito à propagação de ondas acústicas. Foram definidas e investigadas, principalmente, as médias temporais da energia acústica e da densidade de momento de spin acústico depositados durante a interação de ondas planas incidentes nesses materiais. Conclui-se, por esse estudo, que as grandezas internas ao centro espalhador consideradas podem ser úteis no desenvolvimentos de materiais e metamateriais, e espera-se que, como perspectiva de continuação do estudo, as análises aqui discutidas possam ser investigadas experimentalmente e ainda mais a fundo por uma perspectiva numérica.