16.07.2013 | Наука

Швейцарские физики освоили перемещение объектов звуком

Слово "левитация" хоть и пришло из области мистики и фантастики, сегодня уже довольно часто употребляется в науке. Учёные запускали в безвременный "полёт" предметы и животных.

Вот и в лаборатории Швейцарского федерального технологического института в Цюрихе (ETH Zürich) физики недавно стали инициаторами "воздухоплавания" всяких мелких предметов, вроде пенопластовых шариков, капель воды и зубочисток. Все они парили в воздухе вопреки действию гравитации.

Как мы уже сказали, подобное явление — давно не редкость и этим трудно удивить даже обывателя, не посвящённого во все тонкости научного "фокуса". В различных областях уже широко используется так называемая магнитная левитация — явление, при котором объекты удерживаются в воздухе под воздействием магнитного поля. Но исследователи из Швейцарии предложили другой метод — левитацию звуковую.

О том, что звуковая левитация возможна, учёные знали много лет (почти целый век) — в теории всё работало. Только вот экспериментально доказать эффективность методики учёные решились впервые.

Для своего опыта физики построили звукообразующие платформы из пьезоэлектрических кристаллов — диэлектриков, генерирующих электрический заряд при деформации, и наоборот, деформирующиеся при воздействии на них электрического поля. Каждая такая платформа была размером с ноготь на мизинце.

Учёные настроили платформы из пьезоэлектриков таким образом, чтобы они испускали звуковые волны. Последние двигаются вверх до тех пор, пока не достигнут звукоотражающей поверхности. Отскакивая от неё, волна идёт обратно к платформе, сталкиваясь по пути с новыми идущими ей навстречу волнами. В так называемой узловой точке эти направленные друг на друга волны взаимно уничтожаются. И, если в этой точке окажется небольшой предмет, то он там "застрянет", останется в этом положении под воздействием давления звуковых волн сверху и снизу.

Самое интересное, что локации узловых точек можно менять, и тогда объекты начнут двигаться в пространстве между платформами. А это уже почти волшебство. Мало того что предметы смогут парить в воздухе, их также можно будет передвигать, не оказывая, как кажется, никакого видимого воздействия извне.

Учёные по-разному переставляли платформы, чтобы добиться разных эффектов (и немного поиграть с легковесными предметами). Для начала они составили их в форме буквы "Т" и столкнули с помощью звуковых волн две капли воды, помещённых между платформами в разных местах. Когда же образовалась одна большая капля, они переместили её в третью локацию.

Затем учёные проводили опыт с гранулой кофе и каплей воды; двумя каплями жидкости с разным pH — щелочной и кислотной, а также с вращением зубочистки в воздухе.

"Мы также столкнули в воздухе гранулу соды и каплю воды. Конечно же, они бурно среагировали друг с другом, но поверхности платформ не касались — всё происходило в воздухе", — рассказывает об экспериментах Димос Пуликакос (Dimos Poulikakos), ведущий автор статьи, вышедшей в журнале PNAS.

Физики утверждают, что эта методика пригодится для комбинирования химических реактивов без контаминаций, то есть без загрязнения образцов. В некоторых химических реакциях очень важно, чтобы никакие вещества не мешали проведению реакции, или же эффект будет неточным. Лучше всего, чтобы вещество даже не соприкасалось со стенками сосуда (даже ничтожные взаимодействия способны изменить ход процесса). В этом случае без левитации точно не обойтись.

Понятно, что речь идёт о ничтожных объёмах (звуковая левитация не способна поднять в воздух даже очень большие капли). Тем не менее, метод пригодиться химикам и прочим специалистам, желающим изучить происходящие в каплях процессы, а также, к примеру, создать необычные вещества или лекарства.

ВестиRu