tongkat ajaib ultrasonik 12.01.2015

"Wingardium Leviosa" - mantra seperti itu digunakan oleh watak dari siri dongeng tentang Harry Potter untuk membuat objek terbang di udara dengan gelombang tongkat ajaib. Tetapi sementara penulis dan pengarah menghasilkan cerita hebat baharu, sains, langkah demi langkah, menghidupkan perkara yang kelihatan mustahil sebelum ini. Kali ini mengenai pergerakan objek melalui udara, atau levitation. Levitasi boleh dipanggil kesan fizikal sedemikian di mana objek tanpa sokongan yang kelihatan berada atau bergerak di udara. Sebagai contoh, jika magnet biasa diletakkan di atas bahan superkonduktor yang sebelum ini disejukkan ke suhu rendah, maka "keajaiban" akan berlaku - magnet akan terapung bebas di udara pada ketinggian rendah. Ini disebabkan oleh kelakuan istimewa medan magnet dalam superkonduktor.

Fenomena sedemikian, walaupun sangat ingin tahu, tidak banyak digunakan untuk kegunaan praktikal: keperluan untuk menggerakkan magnet ke atas superkonduktor yang disejukkan kepada suhu nitrogen cecair tidak akan timbul untuk semua orang. Ia adalah perkara yang sama sekali berbeza jika kaedah dicipta untuk menggerakkan sebarang objek tanpa sentuhan, tanpa mengira sifatnya. Ciptaan sedemikian akan dituntut secara meluas di kawasan di mana ketulenan bahan yang melampau adalah penting. Sebagai contoh, dalam farmaseutikal atau mikroelektronik: terdapat sebarang sentuhan tambahan dengan bahan boleh membawa kekotoran yang tidak diingini ke dalamnya. Ahli fizik dari Universiti Sao Paulo di Brazil telah mencadangkan cara untuk membuat objek kecil bukan sahaja terapung di udara, tetapi juga menggerakkannya ke arah yang betul.

Untuk mengatasi daya graviti, para penyelidik menggunakan tekanan yang dikenakan oleh gelombang bunyi. Anda boleh merasakan kuasa bunyi jika anda berdiri di hadapan pembesar suara berkuasa yang beroperasi pada volum penuh. Bunyi ialah getaran yang berlaku dalam mana-mana medium. Ia boleh menjadi udara, air atau bahan pepejal. Tiada gelombang bunyi di angkasa, kerana tiada medium di mana ia boleh merambat: vakum adalah kekosongan senyap. Dari sudut fizikal, penghantaran bunyi dalam udara adalah pergerakan kawasan tekanan tinggi dan rendah. Turun naik tekanan mencipta daya yang boleh bertindak ke atas objek mekanikal. Ini adalah bagaimana telinga kita disusun, di mana bunyi dunia di sekeliling kita dihantar ke otak melalui getaran gegendang telinga.

Sekarang kita perlu ingat satu lagi ciri ayunan - kewujudan gelombang berdiri. Contoh paling mudah: jika anda membetulkan satu hujung tali yang panjang, dan menggerakkan satu lagi ke atas dan ke bawah pada frekuensi yang tetap, maka beberapa titik tali akan kekal tidak bergerak. Pembentukan gelombang berdiri sedemikian berlaku disebabkan oleh superposisi dua gelombang - yang asal, dicipta oleh pergerakan hujung bebas tali, dan gelombang yang dipantulkan. Kesan yang timbul apabila gelombang bunyi ditindih antara satu sama lain membentuk asas kaedah levitasi ultrasonik yang dibangunkan. Pemancar memancarkan gelombang ultrasonik yang dipantulkan dari permukaan yang terletak pada jarak tertentu. Gelombang yang dipancarkan dan dipantulkan bertambah, membentuk sesuatu seperti koridor, di mana kawasan tekanan tinggi dan rendah silih berganti. Jika objek jatuh ke dalam kawasan gelombang ultrasonik berdiri, tenaga gelombang cukup untuk mengimbangi daya graviti, dan kita melihat kesan leviti.

Walaupun kaedah pengangkatan ultrasonik mula berkembang beberapa tahun yang lalu, tidak mudah untuk mencapai pegangan objek yang stabil di udara. Untuk masa yang lama tidak mungkin untuk mencipta gelombang ultrasonik berdiri yang stabil dengan kuasa yang mencukupi: pergerakan sedikit pemancar atau pemantul - dan kesannya hilang. Untuk menyelesaikan masalah ini, Marco Andrade dan rakan-rakannya menggunakan prinsip pembentukan gelombang berdiri berdasarkan pantulan berganda. Mereka membuat reflektor ultrasonik cekung khas yang dengannya mereka berjaya mencapai pengangkatan bola plastik kecil tanpa menala halus sistem. Walaupun anda memegang pemantul gelombang di tangan anda, kesan levitasi tidak hilang - sehingga baru-baru ini ia kelihatan mustahil. Teknologi ini mempunyai lebih banyak peluang untuk aplikasi sebenar.