Побит рекорд звуковой левитации шариков

Побит рекорд звуковой левитации шариков

Физики из Бразилии и Великобритании добились акустической левитации шарика рекордного радиуса (по сравнению с длиной используемой звуковой волны) — пять сантиметров. Для этого ученые разработали акустическую «треногу» из трех источников звуковых колебаний. Авторы предполагают, что их разработка может найти применение в условиях микрогравитации — для манипуляций с крупными каплями жидкости и горячими объектами. Исследование опубликовано в журнале , кратко о нем сообщает Phys.org.

Традиционная акустическая левитация предполагает использование одного, двух или более динамиков, создающих в воздухе стоячие волны. Такие волны, если бы они были видимыми, со стороны выглядят неподвижными и лишь изменяют свою амплитуду (размах). Обязательное условие их возникновения — интерференция (сложение) нескольких волн от разных источников: например, от динамика и от неподвижного объекта, отражающего исходную волну. Кроме того, в стоячей волне есть специальные точки, узлы, в которых амплитуда остается нулевой.

Поскольку звук — волна колебаний давления, стоячие акустические волны представляют собой области постоянной разности давлений. Эта разница давлений может действовать на объект, помещенный в узел, компенсируя силу тяжести. Но если размеры объекта значительно превосходят длину волны, он выходит за область разности давлений и не может удерживаться звуком. Увеличение мощности звука позволяет лишь уравновесить более массивные объекты, но никак не влияет на ограничения по их размерам. Считается, что максимальный размер шарика, левитируемого с помощью стоячих волн — четверть длины волны. 

В отличие от традиционных методов в новой работе авторы не пытались поместить шарик в узел стоячей волны. Вместо этого ученые создали стоячие волны между поверхностью шарика и динамиком. По словам физиков, у такой методики нет столь строгих ограничений по размерам левитируемого объекта. Побит рекорд звуковой левитации шариков

Авторы использовали для левитации три динамика, испускавших звуковые волны на частоте 25 килогерц. Эта частота соответствует ультразвуку с длиной волны около 14 миллиметров. Объектом левитации выступал пятисантиметровый пенопластовый шарик массой 1,46 грамма — его размеры в 3,6 раза превышают длину волны. Динамики создавали стоячую волну в воздушном промежутке между шариком и источником звука. Благодаря этому шарик зависал в воздухе на расстоянии около 7,2 миллиметров от динамиков «треноги» — чуть больше чем половина длины волны звука.

Физики отмечают, что сейчас устройство позволяет лишь неподвижно левитировать объекты. В будущем авторы планируют улучшить установку, чтобы перемещать тела с помощью звуковых волн.

Ранее британские физики разработали левитационные перчатки и звуковую отвертку, позволяющие удерживать, перемещать в пространстве и вращать различные объекты.Устройства требуют стабилизации и одновременной работы нескольких динамиков. С помощью одностороннего излучателя британцам удалось создать «притягивающий луч», также способный левитировать и перемещать объекты.

.