Звукът е форма на енергия, която възприемаме със слуха си - вибрации, разпространяващи се през въздуха, течности или твърди тела. Обикновено не го свързваме с възможността да повдига, задържа или прецизно контролира физически обекти. И все пак, учените правят точно това от десетилетия.

Чрез внимателно оформяне на интензивни звукови вълни изследователите успяват да задържат капки течност, частици и малки твърди тела във въздуха, без физически контакт. Техниката е известна като акустична левитация и използва ултразвукови вълни, за да противодейства на гравитацията.

Първите индикации за подобен ефект се появяват още през XIX век, когато експерименти като тръбата на Кундт показват, че звуковите вълни могат да "улавят" частици в определени точки на пространството. Тогава учените не осъзнават значението на откритието. Едва през 30-те години на XX век става ясно, че ултразвукът може реално да левитира течни капки.

Как работи акустичната левитация

Акустичната левитация използва т.нар. акустично радиационно налягане - сила, която възниква, когато звуковите вълни са достатъчно мощни. В практиката ултразвуков преобразувател излъчва вълни, които се отразяват обратно и образуват стояща вълна. В нея се редуват области с високо и ниско налягане, известни като антиноди и ноди.

Малки обекти естествено се придвижват към зоните с по-ниско налягане, където звуковата сила може да компенсира действието на гравитацията. Докато този баланс се запази, обектите остават "висящи" във въздуха.

Основният проблем и решението му

Предимството на метода е, че не зависи от магнитни или оптични свойства и може да се прилага върху течности, прахове, биологични тъкани и крехки материали. Но съществува сериозен недостатък - частиците имат склонност да се привличат една към друга и да се слепват. Това явление, породено от самото звуково поле, досега силно е ограничавало прецизния контрол над повече от един обект.

Физици от Института за наука и технологии в Австрия (ISTA) обявиха пробив, който преодолява този проблем. Решението е изненадващо просто - добавяне на електрически заряд към левитираните частици, пише Interesting Engineering.

Заредените обекти започват да се отблъскват електростатично според закона на Кулон, което предотвратява слепването им. Така става възможно стабилното управление на множество обекти в едно и също акустично поле.

"Като противодействаме на звука с електростатично отблъскване, успяваме да държим частиците разделени", обяснява Сю Шъ, докторант и водещ автор на изследването.

Първоначалната цел на екипа е била да подреди частиците в кристални структури, но експериментите разкриват неочаквани динамики. В зависимост от баланса между звуковите и електрическите сили, частиците могат да останат отделени, да се групират или да образуват хибридни конфигурации.

Някои структури започват да се въртят спонтанно, други се "преследват" или описват циклични траектории - поведение, което на пръв поглед изглежда в разрез с третия закон на Нютон. В действителност липсващият импулс се поема от самото звуково поле.

Приложения - от микророботи до планетарна наука

Акустичната левитация вече намира приложение във фармацията, материалознанието, микроасемблирането и анализа на чувствителни вещества. Изследвания показват, че тя може да промени и 3D печата, както и виртуалната реалност, чрез създаване на интерактивни обекти във въздуха без нужда от очила или физически контакт.

Други учени използват метода, за да изследват как частиците се групират при условия, подобни на безтегловност - знания, които могат да помогнат за разбирането на ранните етапи от формирането на планети и луни.

Екипът на ISTA смята, че новият подход ще бъде особено ценен за микророботиката и създаването на динамични структури от малки компоненти.

"Иронията на експериментите е, че най-интересните открития често идват от нещата, които не са се развили по план", обобщава Сю Шъ.

ИЗБРАНО
ВВС с летящ старт за годината: За пръв път вдигнаха във въздуха F-16 редом до МиГ-29 (снимки) Днес
ВВС с летящ старт за годината: За пръв път вдигнаха във въздуха F-16 редом до МиГ-29 (снимки)
93288
Актьорът Матю Макконъхи патентова образа си, за да го защити от злоупотреби с изкуствен интелект Лайф
Актьорът Матю Макконъхи патентова образа си, за да го защити от злоупотреби с изкуствен интелект
2348
13 000 на тренировка: Маестрото се завърна на корта и напълни трибуните в Мелбърн Корнер
13 000 на тренировка: Маестрото се завърна на корта и напълни трибуните в Мелбърн
5858
Рекорд в столична банка: Клиент е внесъл 266 000 монети на стойност над 169 000 лв. Бизнес
Рекорд в столична банка: Клиент е внесъл 266 000 монети на стойност над 169 000 лв.
25496
От лекар в миньорско градче, до върховете на литературата и киното Impressio
От лекар в миньорско градче, до върховете на литературата и киното
13878
Бихте ли платили за празна седалка? Тази европейска нискотарифна авиокомпания предлага нова схема Trip
Бихте ли платили за празна седалка? Тази европейска нискотарифна авиокомпания предлага нова схема
2360
Безопаснo ли е хартията за печене да се използва в уредите за бавно готвене Вкусотии
Безопаснo ли е хартията за печене да се използва в уредите за бавно готвене
2159
Новолуние на 18 януари: Как ще се отрази на живота ви? Zodiac
Новолуние на 18 януари: Как ще се отрази на живота ви?
516
Студено време и температури под минус 10 в следващите дни Времето
Студено време и температури под минус 10 в следващите дни
4911