Явище акустичної левітації це можливість піднімати в повітря тіло, долаючи силу тяжіння. У цій статті ми розглянемо, як це працює.
Загальні принципи
Так влаштований наш світ, що ми всюди чуємо найрізноманітніші звуки. Багато з людей навіть не знають, яким чином вони поширюються. Звук чути, але доторкнутися до нього не можна. Навіть при роботі потужної акустичної системи, коли звук просто здригається і нас і навколишні предмети, ми не можемо доторкнутися до нього.
Сама думка про те, що звук, невидима хвиля, здатний підняти в повітря будь-яке тіло здається неймовірною, але факт залишається фактом. Акустична левітація може підняти над поверхнею не тільки предмети, а й рідини і важкий газ, не дивлячись на притягання землі. Щоб зрозуміти, як діє це явище, спочатку необхідно розібратися, що таке повітря, гравітація і, звичайно ж, сам звук.
Що стосується гравітації, тут все пояснює вчення Ньютона про тяжінні землі. Тяжіння це сила, яка впливає абсолютно на всі тіла світу, і поширюватися вона може далеко. Гравітація має таку особливість, як постійне прискорення тіла, незалежно від його маси. Щоб це зрозуміти, можна навести простий приклад, коли і важка гантель і пушинка, скинуті на землю в вакуумі, будуть падати з однаковим прискоренням. Гравітація працює не тільки щодо землі, вона так само присутній між будь-якими двома тілами, і чим більше їх маса, тим сильніше тяжіння.
Повітря це середовище володіє плинністю, як і у рідини. Він точно так само складається з маси молекул, які рухаються один щодо одного, тільки швидкість їх руху значно вище, ніж у рідині. Через подібності двох стихій, деякі тести аеродинаміки проводяться під водою.
Звук це вібрація, яка розповсюджується за допомогою стиснення шарів в абсолютно будь-якому матеріалі, повітря, вода або метал. Звукові хвилі поширюються порівняно швидко, їх швидкість залежить від типу матеріалу.
Потрапляючи в певний тіло звукові хвилі тиснуть на молекули, а ті, в свою чергу, на сусідні, таким чином, і передається звук. Якби частинки не скоювали коливань, проходження звуку було б неможливим, як неможливо воно і в вакуумі. Акустична левітація має на увазі під собою проходження звукових хвиль під тілом, обтікання його і створення підйомної сили, яка дорівнює або перевищує силу тяжіння. Якщо ми проведемо досвід на землі, то побачимо, що тіло піднімається в повітря, а в космосі об'єкт можна направляти і стабілізувати таким чином. Весь процес дуже залежить від частоти звуку і його інтенсивності.
сутність процесу
Сам пристрій для левітації тел виготовлено з двох частин. Перша це перетворювач, саме він створює звуковий тиск, а друга рефлектор або відбивач. Обидві частини в основному оснащуються вигнутим профілем, для кращої акустики. Рефлектор призначений для того щоб створювана перетворювачем хвиля відбивалася і мала належну форму. Сам рефлектор наділений основними властивостями, про які ми поговоримо нижче.
Перше властивість це поширення звуку поздовжньо, тобто паралельно напрямку перетворювача. Коли хвиля відбивається від предмета, її кут дорівнює куту падіння, це друга властивість пристрою.
Коли розріджена область накладається на ущільнену, виникає інтерференція. Дві ущільнених області доповнюють один одного, а області ущільнення і розрідження, зрівнюються. Часом хвиля, яка відбилася від тіла, взаємодіє з інтерференцією і утворює стоячу область, яка не передає енергію, а просто переводить її з одного стану в інший. Яскравим прикладом стоячій хвилі виступає коливання струни, яка на вигляд нерухома, саме від цього хвиля і отримала назву стоячій.
Хвилі стоячого типу мають зонами пучностей, які характеризуються областями підвищеного і зниженого тиску. Саме максимально щільна зона і виступає рушійною силою акустичної левітації. Наприклад, ви бачите річку, яка має пороги і перекати. Місцями її течія спокійна, але подекуди стрімке. У першій частині багато піни, яка зібралася воєдино. Для того ж щоб утримати піну на швидкій течії, до неї потрібно прикласти чимало зусиль, протилежне течією. Саме так і працює левітація, за винятком того що замість течії тут присутній газ.
Якщо рефлектор розмістити на необхідній відстані з перетворювачем, утворюються саме стоячі хвилі. Якщо напрямок звукового тиску буде паралельним гравітаційної лінії, створиться область ущільнення.
Нелінійні звукові хвилі
Прості хвилі стоячого типу мають відносну енергію. Наприклад, ними можна зібрати область з частинок в повітропроводі. Але вони не здатні на щось більше, так як мають лінійну характеристику. Так як при збільшенні амплітуди коливань звуку його потужність не змінюється, зростає лише гучність, це не буде змінювати картину. Але звуки максимальній гучності, які здатні навіть призвести до травмування людей, мають нелінійний характер і, відповідно, дає набагато більший вплив на матеріал.
Акустичні хвилі нелінійного типу це поля набагато більшої потужності комплексного типу, тиску яких цілком може вистачити, щоб подолати гравітацію, що діє на тіло. Потужність такого випромінювання може досягати більше 150 дБ, в той час як сама потужна акустична система має показник близько 120 дБ.
У сучасних генераторах присутня можливість змінювати ще й частоту хвилі, яка дає широке поле для експериментів. Але при цьому потрібно обов'язково брати до уваги такі моменти. Віддаленість рефлектора і випромінювача повинна дорівнювати половині довжини звукової хвилі. Це гарантує стабільність поширення хвиль звуку. Об'єкти, які будуть левитировать повинні мати розмір від однієї третини до половини довжини хвилі звуку. Якщо одна з цих умов не буде дотримуватися, звуковий тиск не зможе перевищити силу гравітації. Слід зауважити, що при збільшенні частоти звуку, з'являється можливість піднімати більш дрібні деталі.
Щоб підняти частинку води, вона повинна мати певною кількістю зв'язків, які характеризують натяг поверхні розмір і щільність. У разі якщо зв'язків буде мало, крапля розтечеться. Так само потужність звуку не повинна руйнувати зв'язку рідини.
На додаток до вище написаного, слід доповнити, що явище акустичної левітації не несе ніякої корисної функції, крім деяких винятків. Наприклад, виготовлення деталей для електроніки. Пустці в повітрі матеріал здатний рівномірно охолонути і під дією внутрішньої сили тяжіння прийняти форму ідеальної кулі. Також певної форми і інтенсивності хвиля здатна наносити мікроелементи точно в певних місцях радіодеталі.
Існують випадки, коли нормальному вивчення матеріалів заважає їх взаємодія зі стінками судин, тут так само приходить на виручку акустична левітація, яка просто підвішує об'єкт в повітрі.
Вивчення властивостей рідини залежить від наявності гравітаційного поля. Так як на землі досягти повної відсутності гравітації неможливо, застосовується підвішування рідини в повітрі за допомогою звукової хвилі. Вивчення акустичної левітації триває і зараз, вчені постійно змінюють обладнання і роблять нові відкриття.
Схожі записи:
