Акустична левітація: головне - зловити хвилю

Хоча наука і вважається основною парадигмою розвитку людської цивілізації протягом вже як мінімум два століття, проте сприйняття світу більшістю людей ще далеко від наукового. Наприклад, для нас є дивовижним таке явище, як акустична левітація. Для повсякденного побутового свідомості складно усвідомити, як за допомогою звукових хвиль можна змусити левитировать предмети. А між тим дане явище відомо, нехай і в теорії, вченим вже як мінімум кілька десятиліть.

Відео: Акустична левітація

Що таке звук

Насправді акустична, або звукова левітація, тобто стабільність предмета, який володіє відчутною масою, в акустичній хвилі, має досить просте пояснення. Щоб зрозуміти суть цього явища, досить згадати природу звуку, про який ми ще зі шкільних часів знаємо, що це хвиля. Звукові хвилі поширюються в різних середовищах, будь це тверда речовина, рідина або важкий газ. Навколишній нас повітря і є ніщо інше, як важкий газ, вірніше, суміш газів.

Існує особливий тип звукових хвиль - так звана стояча хвиля. Така хвиля виникає в особливих коливальних системах, при яких звук відбивається від якоїсь перешкоди. При цьому звукова хвиля не просто відбивається, але і накладається на вихідну звукову хвилю, причому розташування максимальних і мінімальних положень амплітуди має повторюватися. У реальному житті стоячу звукову хвилю можна чути і спостерігати при грі на музичних інструментах - такі хвилі виникають при вібрації повітря в трубі органу або при коливаннях струни гітари.

Левітація, тобто своєрідна область невагомості, в яку можна помістити матеріальний об`єкт, з`являється в даному випадку в зв`язку з чергуванням областей високого і низького тиску. Звукові хвилі, що поширюються в повітрі, являють собою потоки молекул. Накладаючись один на одного в стоячу акустичну хвилю, ці потоки молекул створюють розріджені зони, в яких вплив гравітації істотно знижується. Саме завдяки цьому потрапляє в стоячу хвилю предмет може фактично зависати, тобто втрачати свою вагу.

Відео: Звукова Левітація. Краплі води висять в повітрі

Вібрація і відображення

На практиці, втім, звукова левітаціяЛевітація: наука і містика поки що може здійснюватися лише з невеликими предметами і незначною кількістю того чи іншого речовини. Також очевидно, що на даний момент акустична левітація, своїми руками відтворена в побутових умовах, це складне завдання. Хоча при певному везінні, необхідних знаннях і наявності потрібних матеріалів та приладів такого результату домогтися можна. Найчастіше спроби досягти акустичної левітації здійснюються з краплею води.

Будь-яке пристосування для здійснення даного виду левітації має складатися з перетворюючого пристрою, що володіє вібруючої поверхнею, що випускає звукові хвилі, і відбивних поверхонь, від яких ці хвилі будуть «відскакувати». Досліди показують, що найефективніше надати як перетворюючої вібруючої поверхні, так і відбивачам увігнуту форму. За рахунок цього краще досягається фокусування звуку. Крім цього, необхідно особливу увагу приділити рівності перетворюють і відображають поверхонь і правильному їх розташуванню відносно один одного. Тому що звукова хвиля повинна відбиватися від поверхні під тим же кутом, під яким вона на неї потрапляє.

Акустична гравітація є перспективним напрямком досліджень в практичній технологічній сфері, так як вона майже не залежить від використовуваних в роботі матеріалів, що знижує вартість експериментів. З іншого боку, поки що не вдається досягти звуковий левітації з предметами суттєвої маси, вага яких обчислюється кілограмами і більш. Для утримання в стані невагомості матеріальних об`єктів в даному випадку потрібні сильні звукові хвилі. Тому акустична левітація поки що не дуже стійка - якщо помістити в стоячу хвилю досить масивний предмет, то для його підтримки потрібні настільки потужні звукові хвилі, що їх інтенсивність може просто зруйнувати об`єкт.

Швейцарці не тільки сир їдять, а й левітірующіе

При згадці Швейцарії найпоширенішими і зрозумілими асоціаціями є знамениті швейцарські годинники, банки і сири. Однак в даній країні активно розвивається фундаментальна наука, так що не дивно, що успішні експерименти з акустичною левітацією проводяться саме тут. Місцеві вчені в останні роки досягли найбільших успіхів в цьому напрямі. Так, фахівці Швейцарської вищої технічної школи (Цюріх) вперше зуміли добитися контрольованого польоту предметів в області акустичної левітації.

Відео: Тривимірна Акустична Маніпуляція, Акустична левітація 2013,2014

Швейцарці зуміли вирішити одну з найбільш каверзних проблем звуковий левітації - розмір предмета, поміщеного в стоячу хвилю, не повинен перевищувати половину довжини використовуваної звукової хвилі. Якщо ж звукові хвилі занадто інтенсивні, то вони небезпечні для стабільності здійснюваного процесу. Вчені розробили установку з безлічі модулів «перетворювач - відбивач», які врівноважують один одного. Електрони, що випускаються звукові хвилі змінювалися за допомогою комп`ютерної програми, завдяки чому вдалося досягти управління над левітірующіе предметом.

Відео: Акустична левітація

Розробкою проблеми звуковий левітації займаються не тільки в Швейцарії, але і в США. Працівники Аргонської національної лабораторії поблизу Чикаго зуміли здійснити звукову левітацію з біологічно активними матеріалами. Поки що це ніяк не наближає людство до одного із заповітних мрій футурологів і письменників-фантастів - до портативного пристрою левітації людини. Досягнення американських вчених пов`язано перш за все з медициною і біологією, так як допомагає здійснювати різні маніпуляції в більш стерильних умовах. Втім, поки що і це лише перспективна розробка на майбутнє - на сьогодні маса біологічно активної речовини, з яким можна маніпулювати в умовах акустичної гравітації, не перевищує одного мілілітра.

Увага, тільки СЬОГОДНІ!