Техника использует звуковые волны для парения объектов в воздухе
Парящие кофейные зерна,
танцующие в воздухе капли воды, летающие зубочистки — если вы пройдетесь по
одной из швейцарских лабораторий, вы не поверите своим глазам. Впервые ученые
нашли возможность манипулирования объектами в толще воздуха при помощи звуковых
волн.
Открытая физиками
акустическая левитация может быть использована для создания новых материалов,
проведения деликатных экспериментов и даже — теоретически — для левитации
человека.
Акустическую левитацию
придумали в NASA в 1980-х годах, но до настоящего времени ученые могли
удерживать объекты на месте или вращать их вокруг собственной оси. Теперь
исследователи из Швейцарской высшей технической школы в Цюрихе разработали
способ перемещения объектов и удержания более одного предмета в воздухе
одновременно.
Швейцарская система
использует вибрирующие квадратные платформы, каждая из которых имеет размер
ногтя большого пальца руки. Эти миниатюрные устройства испускают звуковые
волны, которые отражаются от поверхностей тел, расположенных над платформой.
При некоторых частотах отраженный звук вместе со звуком, исходящим от
платформы, образует так называемую стоячую волну, у которой есть некоторые
точки, или узлы, остающиеся неподвижными при колебании волны. Объект,
размещенный в одной из таких точек, может парить в воздухе за счет баланса силы
действия звуковой волны и гравитации.
Изменяя силу звука,
исследователи научились переносить объекты с платформы на платформу. В качестве
яркой демонстрации метода они растворили гранулу растворимого кофе, перенеся ее
внутрь парящей капли воды, и даже научились управлять парящей зубочисткой.
«Наша идея заключалась
в том, чтобы плотно упаковать «левитаторов» и затем «перебрасывать мячик» от
одного к другому», — объясняет доктор Дэниел Форести (Daniele Foresti),
руководивший исследованиями.
Чтобы произвести
достаточную подъемную силу, система вырабатывает звуковые волны интенсивностью
160 дБ — такую интенсивность имеет звук взлетающего рядом с вами реактивного
самолета. Поэтому ученые применяли ультразвуковые волны частотой 24 000 Гц,
слишком высокие, чтобы их было слышно человеку.
 |
|
Окрашенные
капли жидкости левитируют при помощи
звука
в революционном эксперименте
|
Звуковая левитация
может помочь химикам перемещать опасные вещества без того, чтобы брать их в
руки, двигать отдельные клетки без риска их загрязнить или повредить,
манипулировать жидкостями, охлажденными ниже точки их замерзания.
«Суперохлажденные жидкости начинают замерзать, как только они соприкасаются со
стенками емкости, — поясняет Форести. — Но с помощью левитации мы можем
сохранить их в жидком состоянии. Например, мы можем использовать нашу систему
для того, чтобы соединить два суперохлажденных металла и создать новые типы
сплавов».