Maži objektai, veikiami akustinio lauko, gali imti levituoti – įveikę sunkio jėgą, pakilti į orą. Naujame tyrime mokslininkai eksperimentiškai pademonstravo, kad akustinę levitaciją įmanoma sukurti ir santykinai dideliems objektams – jie panaudojo 50 mm skersmens polistireno rutuliuką, kurį veikė ultragarsu. Ultragarsas – tai akustinės bangos, negirdimos žmogaus ausiai, jo dažnis – nuo 20 kHz iki kelių GHz.
Šis eksperimentas – vienas iš pirmųjų, kai levituoti buvo priverstas objektas, kurio matmenys – didesni nei jį veikiančių garso bangų ilgis.
Iki šiol tai pavykdavo padaryti, tik jei didesni objektai būdavo specialios formos – plonos plokštelės ar vielos gabaliukai.
Šiame tyrime levituojančio rutulio skersmuo buvo 3,6 karto didesnis nei jį veikiančios akustinės bangos ilgis, kuris šiame eksperimente buvo 14 mm.
„Akustinė levitacija, kuomet mažus objektus veikia stovinčios garso bangos, yra gerai žinoma, tačiau didžiausias dalelių, kurias ore gali išlaikyti garso bangos, matmuo yra maždaug vienas ketvirtadalis akustinės bangos ilgio“, teigia vienas tyrimo autorių Marko Andrade (Marco Andrade).
„Tai reiškia, kad bangų šaltinio, veikiančio ultragarso diapazone (kai garso dažnis viršija 20 kHz), maksimalus galinčių levituoti dalelių dydis yra maždaug 4 mm. Mes savo darbe įrodėme, kad galima sujungti kelis ultragarso šaltinius ir priversti levituoti objektą, kurio matmenys žymiai didesni už akustinės bangos ilgį.“
Nors yra keletas skirtingų būdų, kaip akustiškai pakelti objektą į orą, paprastai naudojami ultragarso davikliai, kurie konvertuoja elektrinius signalus į ultragarso bangas.
Šio eksperimento metu buvo panaudoti trys ultragarso davikliai, išdėstyti trikampiu apie polistireno rutuliuką.
Kaip teigia tyrėjai, kampus ir daviklių skaičių galima keisti, bet vis viena tokia konfigūracija leis objektui levituoti. Rutulys ima levituoti todėl, kad trys davikliai sukuria stovinčią bangą erdvėje tarp davkilių ir rutulio.
https://youtu.be/COKBqJx4Aps
Tipišku akustinės levitacijos atveju mažos dalelės kybo vienoje vietoje, nes pakliūna į stovinčios bangos, sukurtos tarp bangų šaltinio ir jų reflektoriaus, slėgio nodas. Tačiau šiuo eksperimento atveju reflektoriumi tampa pats objektas.
Naudojant naują metodą, tyrėjai pademonstravo, kad rutulys gali pakilti 7 mm, arba maždaug pusę veikiančio bangos ilgio. Jie prognozuoja, kad toks būdas gali būti naudojamas dar didesnių sferų levitacijai, taip pat objektai gali būti ir sudėtingesnių formų.
„Šiuo metu mes galime priversti objektą išbūti tik fiksuotoje padėtyje“, sakė Andrade. „Bet tęsdami darbą, norėtume sukurti prietaisus, leidžiančius levituoti ir valdyti didelius objektus“.
Akustinė levitacija pritaikoma manipliuoti įvairioms medžiagoms, pavyzdžiui, labai karštomis, nuodingoms, smulkiems lašeliams, taip pat vykdant eksperimentus mikrogravitacijos sąlygomis.
Marco A. B. Andrade et al. „Acoustic levitation of a large solid sphere.“ Applied Physics Letters. DOI: 10.1063/1.4959862
Daugiau:
Garso bangos gali būti panaudotos diskiniuose kaupikliuose
„Mokslo sriuba“: apie levitaciją ir superlaidininkų galimybes