Οι ερευνητές αποδεικνύουν την ακουστική αιώρηση μιας μεγάλης σφαίρας

Όταν τοποθετείς μικροαντικείμενα σε ένα ακουστικό πεδίο,  βιώνουν μια καθαρή δύναμη που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να αιωρούνται τα αντικείμενα στον αέρα. Σε μια νέα μελέτη, οι ερευνητές έχουν αποδείξει πειραματικά την ακουστική αιώρηση μιας 50-mm (2 ίντσες) στερεάς σφαίρας πολυστερίνης με τη χρήση υπερήχων-ακουστικών κυμάτων που είναι πάνω από τη συχνότητα της ανθρώπινης ακοής.

Η επίδειξη αποτελεί μία από τις πρώτες φορές που ένα αντικείμενο μεγαλύτερο από το μήκος κύματος του ακουστικού κύματος έχει ακουστικά αιωρηθεί. Προηγουμένως, αυτό έχει επιτευχθεί μόνο για λίγες ειδικές περιπτώσεις, όπως σύρμα και επίπεδα αντικείμενα. Στη νέα μελέτη, η σφαίρα που ανυψώθηκε είναι 3,6 φορές μεγαλύτερη από το ακουστικό μήκος κύματος 14 mm που χρησιμοποιείται εδώ.

Οι ερευνητές, Marco Andrade και Julio Adamowski στο Πανεπιστήμιο του Σάο Πάολο στη Βραζιλία, μαζί με την Anne Bernassau στο Heriot-Watt University στο Εδιμβούργο, στο Ηνωμένο Βασίλειο, έχουν δημοσιεύσει μια μελέτη σχετικά με την ακουστική επίδειξη αιώρησης σε ένα πρόσφατο τεύχος της Applied Physics Letters. Η τεχνική υπόσχεται πως στο μέλλον θα μπορεί να διατηρεί στον αέρα αντικείμενα τα οποία δεν θα έρχονται σε επαφή με οποιοδήποτε άλλο σώμα.

Η τεχνική αυτή βασίζεται σε ακτίνες υπερήχων, χάρη στις οποίες ένα αντικείμενο μπορεί να αιωρείται σαν να «αψηφά» τη βαρύτητα. 

Πριν από τους Βραζιλιάνους επιστήμονες, και άλλες ερευνητικές ομάδες έχουν ασχοληθεί με την ακουστική αιώρηση, όπως ονομάζεται το φαινόμενο, «επιστρατεύοντας» κι αυτές ηχητικά κύματα για να ανυψώσουν μικρά αντικείμενα, όπως σταγόνες νερού.

Για παράδειγμα, τον περασμένο Οκτώβριο επιστήμονες του πανεπιστημίου του Σάσεξ στην Αγγλία ανακοίνωσαν πως δημιούργησαν ελκτικές ακτίνες υπερήχων, με τις οποίες μπορούν να ανυψώσουν και να μετακινήσουν αντικείμενα.

Ωστόσο, η μπίλια που χρησιμοποίησαν οι ερευνητές από το Σάο Πάολο είναι από τα μεγαλύτερα σώματα που έχουν ανυψωθεί με αυτό τον τρόπο, ενώ μάλιστα η τεχνική ακουστική αιώρησης που έχουν αναπτύξει μπορεί να βελτιωθεί για να κρατά στον αέρα ακόμη μεγαλύτερα σώματα και σε μεγαλύτερο ύψος.

Μέχρι σήμερα, οι περισσότερες μέθοδοι ακουστικής αιώρησης βασίζονταν σε δύο ηχητικά κύματα που διαδίδονταν σε αντίθετες κατευθύνσεις, δημιουργώντας έτσι ένα στάσιμο κύμα. Σε αυτή την περίπτωση, αν ένα αντικείμενο βρεθεί σε ένα σημείο του στάσιμου κύματος με σταθερή πίεση («δεσμός»), τότε το αμέσως χαμηλότερο σημείο μέγιστης αυξομείωσης της πίεσης («κοιλία») προκαλεί μία ανοδική δύναμη – λειτουργώντας περίπου σαν μια «αόρατη» ρακέτα του πινκ-πονκ, πάνω στην οποία αναπηδά συνεχώς το αντικείμενο.

Ωστόσο, οι μέθοδοι αυτές φαίνεται πως έχουν ένα μέγιστο όριο στο μέγεθος των αντικειμένων που μπορούν να ανυψώσουν, το οποίο αγγίζει τα 4 χιλιοστά σε διάμετρο. Μία τιμή που ήδη υπερδεκαπλασίασαν οι επιστήμονες από το Σάο Πάολο με την τεχνική τους.

Ο λόγος είναι πως η συγκεκριμένη τεχνική βασίζεται στη συμβολή τριών αυτή τη φορά, και όχι δύο, ηχητικών κυμάτων. Μάλιστα, παρόλο που η μάζα της σφαίρας ήταν περίπου 1,5 γραμμάρια και το ύψος αιώρησης 7 χιλιοστά, οι ερευνητές υποστηρίζουν πως στο μέλλον θα μπορούν να βελτιώσουν τις επιδόσεις της τεχνικής τους.

Α και προς το παρόν η σφαίρα μπορεί απλώς να αιωρείται σε ένα σταθερό σημείο, η ομάδα σχεδιάζει να αναπτύξει νέες συσκευές, χάρη στις οποίες θα μπορεί να ανυψώνει αντικείμενα στον αέρα, αλλάζοντάς τους θέση.

Χρησιμοποιώντας τη νέα μέθοδο, οι ερευνητές απέδειξαν ότι η σφαίρα θα μπορούσε να αιωρηθεί σε ένα ύψος περίπου 7 mm, ή περίπου το ήμισυ του μήκους κύματος των ακουστικών κυμάτων. Προβλέπουν ότι η μέθοδος μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να αιωρούνται ακόμη μεγαλύτερες σφαίρες, και μπορεί επίσης να επεκταθεί για να αιωρούνται αντικείμενα διαφόρων σχημάτων και μεγεθών και σε διαφορετικές θέσεις.

"Αυτή τη στιγμή, μπορούμε να αιωρούμε μόνο το αντικείμενο σε μια σταθερή θέση στο χώρο», δήλωσε ο Andrade. "Σε μελλοντική εργασία, θα θέλαμε να αναπτύξουμε νέες συσκευές ικανές να μετεωρίζουν και να χειρίζονται μεγάλα αντικείμενα στον αέρα."

Η ακουστική αιώρηση έχει εφαρμογές για το χειρισμό και την μεθόδευση διαφόρων υλικών, όπως τα πολύ ζεστά υλικά και υγρά δείγματα στο χώρο. Στη μικροβαρύτητα, η χαμηλότερη επιφανειακή τάση επιτρέπει υγρά σταγονίδια να φτάσουν σε μεγαλύτερα μεγέθη από ότι κάνουν στη Γη, και η ακουστική αιώρηση μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον έλεγχο και την ανάλυση αυτών των μεγάλων υγρών δειγμάτων.
thecuriosityofcat
17/8/2016

0 σχόλια:

Δημοσίευση σχολίου