The Knowledge Frontier

FizikiaChapisho la awaliJaribioDakika 4 za kusoma

GONGA SARAFU, SIKIA IMETENGENEZWA KWA NINI

Fedha ya bulioni ni shabaha inayovutia kwa waghushi, kwa sababu thamani yake iko karibu yote katika metali. Bandia inayoshawishi inahitaji tu kulingana na kipenyo cha sarafu, unene, uzito na sura yake — vyote vimechapishwa, vyote ni rahisi kuiga kwa metali ya bei nafuu.

Kila jaribio la kawaida lina mpaka wake. Sumaku hunasa bandia zenye kiini cha chuma, lakini si nyingine. Msongamano una taarifa nyingi, lakini kiini kilichochaguliwa kulingana na dhahabu au fedha hupita, na “kiini cha tungsteni chenye ukubwa sahihi hupita”. Mng’aro wa X-ray (X-ray fluorescence) — kuiangazia sarafu kwa X-ray na kusoma mwanga inaourudisha — husoma muundo wa kemikali juu ya uso tu, kwa hivyo upako mnene huficha ndani. Ultrasauti huchunguza ndani, lakini inahitaji kipima cha kugusa, jeli na kifaa maalum.

Mlio si sifa ya fedha

Kugonga sarafu na kusikiliza — “jaribio la ping” (ping test) — tayari kunatumika. Programu za simu hulinganisha masafa ya mlio wa sarafu na masafa yaliyorekodiwa kwa aina ileile ya sarafu. Iliyoendelea zaidi ilihusisha sarafu 23 za fedha waandishi walipoiangalia mara ya mwisho, na muuzaji wake anabainisha kwamba sarafu za duara zilizotengenezwa na watu binafsi — vipande vya bulioni vilivyo na sura ya sarafu, visivyotolewa na serikali yoyote — hujaribiwa kwa uhakika mdogo.

Waandishi wanaeleza tatizo waziwazi: “Masafa si sifa ya fedha — ni sifa ya kipande hiki cha fedha, chenye kipenyo hiki na unene huu.” Badilisha ukubwa na noti hubadilika, kwa hivyo kila aina ya sarafu inahitaji marejeo yake.

Sylvia Dong, mwanafunzi wa Lynbrook High School huko San José, California, na Takyiu Liu, wa West Valley College huko Saratoga, waliamua kuondoa maktaba. Kutokana na mlio, nusu-kipenyo na ujazo, wanakokotoa kasi ya wimbi la bamba (plate wave speed) — jinsi mawimbi ya kupinda yanavyokimbia kwa kasi ndani ya bamba la metali hiyo —, kipimo kisichobadilika cha nyenzo kinachotegemea ukakamavu wake (moduli ya Young), msongamano wake na uwiano wake wa Poisson (kadiri inavyotuna pembeni inapobanwa).

Vikwazo viwili

Sarafu ni nene mno kwa fomula ya vitabuni. Nadharia ya jadi ya mabamba membamba yanayotetemeka inashindwa kwa uwiano wa vipimo vya sarafu. Kwa kusawazisha kwenye diski tano za alumini zilizochongwa kwa mashine, waandishi walipima kipengele cha marekebisho kilichopunguza kosa baya zaidi kutoka asilimia 8.9 hadi 0.75.

Sarafu iliyogongwa si diski bapa. Michoro yake iliyoinuka huondoa metali, kwa hivyo kalipa huonyesha unene mkubwa kuliko ule unaotetemeka kweli. Wazo lao kuu ni kipengele cha ujazo (fill factor): ujazo halisi wa sarafu, unaopimwa kwa kuipima uzito ikiwa imening’inizwa ndani ya maji, ukigawanywa kwa ujazo wa silinda tupu. Sarafu zilizogongwa zilipata kati ya 0.70 na 0.91. Kuzidisha unene uliopimwa kwa kalipa kwa kipengele hiki kunatoa unene halisi wa metali inayotetemeka kweli.

Mpangilio ni wa kawaida: sanduku lililowekwa povu la kufyonza sauti ndani, kistendi kilichochapishwa kwa 3D kinachoshikilia sarafu katikati yake, kinasa sauti kinachobebeka, kigongo cha chuma cha gramu 31 kinachotumiwa kwa mkono, na mizani. Kati ya migongo 2,163, 1,937 ilibakizwa. Masafa ya mlio yalijirudia ndani ya asilimia 0.15 kutoka kipindi kimoja hadi kingine.

Metali inasema nini

  • Kwenye sarafu sita za duara za shaba nyekundu zilizogongwa ambazo hazikuhusika kabisa katika usawazishaji, mbinu ilipata moduli ya Young ya GPa 119.1 ± 6.7 (gigapaskali, kipimo cha ukakamavu), katikati ya kiwango kinachokubalika cha shaba cha GPa 110 hadi 128.
  • Kasi za mawimbi zilijipanga kwa nyenzo: fedha safi takriban m/s 2,870, fedha ya sterling takriban m/s 3,040, shaba nyekundu takriban m/s 3,880, alumini m/s 5,410.
  • Sarafu tano za duara zilizonunuliwa kwa sababu uhalisi wake ulitiliwa shaka: nne zilivutwa na sumaku na zilikuwa na msongamano na kasi ya wimbi inayoendana na chuma cha kaboni cha kawaida; ya tano, na shaba manjano. Hakuna iliyopita kama fedha.
  • Sauti za juu za ziada si haminiki za kimuziki: asilimia 83.7 ya vilele 1,970 vililingana na mitindo ya mtetemo wa bamba huru, asilimia 10.4 tu na kizidisho kamili cha sauti ya msingi. “Diski iliyogongwa si uzi wa ala.”

Mshangao ulitoka kwenye mgawanyo wa makosa. Ulitabiri kwamba maikrofoni bora isingebadilisha chochote na mizani sahihi zaidi ingebadilisha kila kitu. Kupima hadi miligramu 0.1 badala ya gramu 0.1 kulipunguza kutokuwa na uhakika kwa kila sarafu kutoka asilimia 1.6–30 hadi 0.5–2.6, na kupunguza upendeleo dhahiri wa asilimia 11 kwenye muundo mmoja wa fedha wenye michoro mirefu hadi asilimia chache.

Bandia ambayo haikuweza kuisikia

Kwa nini kupima unyumbufu hata kidogo? Kwa sababu bandia inaweza kuiga msongamano lakini si ukakamavu. Dhahabu na tungsteni zinatofautiana kwa asilimia 0.3 tu katika msongamano, lakini kasi zao za wimbi la bamba ni m/s 2,240 na 4,810 — mara 2.1.

Katika utafiti huu, kanuni ya uamuzi iliyowekwa mapema — kutovutwa na sumaku na msongamano zaidi ya kg/m³ 9,000 — hupitisha metali yoyote nzito kama fedha: diski ya tungsteni huipita. Mbinu ya sauti inapaswa kuikataa, lakini hakuna kati ya sampuli mbili za tungsteni iliyotoa mlio unaogundulika. Kwa hivyo ukataaji huo unabaki kuwa utabiri, haujathibitishwa.

Waandishi wanaorodhesha mipaka mingine: uainishaji haujajaribiwa bila wajaribu kujua majibu (blind), matokeo yanategemea uwiano wa Poisson uliodhaniwa (takriban ±3%), na muundo wa kemikali wa sarafu zenye shaka haukuwahi kuthibitishwa kwa uchambuzi wa kemikali. Hatua zinazofuata: sampuli ya tungsteni inayolia, na jaribio la upofu.