Ультразвуковая волшебная палочка

12.01.2015

"Вингардиум левиоса" - таким заклинанием пользовались персонажи из сказочного сериала про Гарри Поттера, чтобы взмахом волшебной палочки заставить предметы летать по воздуху. Но пока писатели и режиссеры придумывают новые фантастические истории, наука шаг за шагом воплощает в жизнь вещи, казавшиеся ранее невозможными. На этот раз дело коснулось перемещения предметов по воздуху, или левитации. Левитацией можно назвать такой физический эффект, при котором предмет без видимой опоры находится или перемещается в воздухе. Например, если обычный магнит поместить над сверхпроводящим материалом, который перед этим был охлажден до низкой температуры, то случится "чудо" - магнит будет свободно парить в воздухе на небольшой высоте. Связано это с особым поведением магнитного поля в сверхпроводниках.

Такое явление, хотя и весьма любопытно, для практического использования малопригодно: потребность перемещать магниты над охлажденным до температуры жидкого азота сверхпроводником возникнет далеко не у каждого. Совсем другое дело, если будет придуман способ бесконтактно перемещать любые объекты, независимо от их природы. Такое изобретение будет широко востребовано в тех областях, где важна чрезвычайная чистота материалов. Например, в фармацевтике или микроэлектронике: там любой лишний контакт с материалом может занести в него нежелательные примеси. Физики из университета Сан-Пауло в Бразилии предложили способ, с помощью которого можно заставить небольшие объекты не только парить в воздухе, но и перемещать их в нужном направлении.

Чтобы преодолеть силу тяжести, исследователи использовали давление, которое оказывают звуковые волны. Ощутить силу звука можно, если встать напротив мощной колонки, работающей на полную громкость. Звук представляет собой колебание, возникающее в какой-либо среде. Это может быть воздух, вода или твердые материалы. В космосе звуковых волн нет, потому что отсутствует среда, в которой они могут распространяться: вакуум - это молчаливая пустота. С физической точки зрения передача звука в воздухе представляет собой движение областей высокого и низкого давления. Колебания давления создают силу, которая может воздействовать на механические объекты. Так устроено наше ухо, где звуки окружающего нас мира передаются в мозг через колебания барабанной перепонки.

Теперь надо вспомнить еще одну особенность колебаний - существование стоячих волн. Простейший пример: если закрепить один конец длинной веревки, а другой перемещать с постоянной частотой вверх-вниз, то некоторые точки веревки будут оставаться неподвижными. Образование такой стоячей волны происходит вследствие наложения двух волн - исходной, созданной движением свободного конца веревки, и отраженной волны. Эффекты, возникающие при наложении звуковых волн друг на друга, легли в основу разработанного метода ультразвуковой левитации. Излучатель испускает ультразвуковые волны, которые отражаются от расположенной на некотором расстоянии поверхности. Излученные и отраженные волны складываются, образуя что-то вроде коридора, в котором чередуются области высокого и низкого давления. Если предмет попадает в область стоячей ультразвуковой волны, энергии волн хватает, чтобы компенсировать силу тяжести, и мы наблюдаем эффект левитации.

Несмотря на то, что метод ультразвуковой левитации начал развиваться несколько лет назад, добиться стабильного удержания предметов в воздухе было весьма не просто. Долгое время не удавалось создать стабильную стоячую ультразвуковую волну достаточной мощности: небольшое перемещение излучателя или отражателя - и эффект пропадал. Чтобы решить эту задачу, Марко Андраде (Marco Andrade) и его коллеги использовали принцип формирования стоячих волн, основанный на многократном отражении. Они изготовили специальный вогнутый отражатель ультразвука, с помощью которого удалось достигнуть левитации небольших пластиковых шариков без точной настройки системы. Даже если держать отражатель волн в руке, эффект левитации не пропадает - еще недавно это казалось невозможным. Такая технология имеет уже гораздо больше шансов на реальное применение.

<< Назад: Твердотельный накопитель Plextor M7e 13.01.2015

>> Вперед: Смартфон Samsung Galaxy A7 12.01.2015

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Новый взляд на магнитное поле Земли 31.10.2025

Магнитное поле Земли долгое время считалось относительно стабильной структурой с предсказуемой полярностью. Однако последние исследования японских ученых показывают, что электрическая организация магнитосферы гораздо сложнее и динамичнее, чем предполагалось ранее. Команда исследователей из Киотского, Нагояского и Кюсюского университетов обнаружила, что заряженные области магнитосферы обладают противоположной полярностью по сравнению с традиционными представлениями. Так, утренняя сторона магнитного щита имеет отрицательный заряд, тогда как вечерняя - положительный, вопреки прежним теориям. Юсуке Эбихара из Киотского университета отмечает, что "электрическая сила и распределение зарядов являются следствием, а не причиной движения плазмы". Исследователи пришли к этим выводам с помощью масштабного магнитогидродинамического моделирования, имитирующего взаимодействие солнечного ветра с геомагнитным полем Земли. Моделирование позволило в деталях проследить, как потоки плазмы формируют э ...>>

Влияние белка PF4 на старение крови 31.10.2025

С возрастом наш организм претерпевает множество изменений, в том числе на уровне крови и иммунной системы. Недавние исследования показали, что ключевым фактором этих изменений может быть белок PF4, или platelet factor 4, который играет важную роль в регуляции стволовых клеток костного мозга. Американские ученые из Университета Иллинойса в Чикаго обнаружили, что с возрастом уровень PF4 значительно снижается. Это ослабление контроля над кроветворными стволовыми клетками приводит к нарушению их работы и повышает вероятность развития воспалительных процессов, онкологических заболеваний крови и сердечно-сосудистых проблем. В молодом организме PF4 выполняет функцию "регулятора роста": он контролирует распределение и деление кроветворных стволовых клеток, не позволяя им чрезмерно размножаться. С возрастом эта система контроля ослабевает, клетки начинают делиться чаще, накапливают генетические мутации и постепенно теряют способность создавать полноценные лимфоциты, что ослабляет иммуните ...>>

Музыка юности остается с нами навсегда 30.10.2025

Музыка сопровождает человека всю жизнь, но некоторые мелодии и песни оставляют особенно глубокий след в памяти. Ученые давно замечали, что композиции из подросткового возраста вызывают сильные эмоции даже спустя десятилетия, и недавно международная команда исследователей под руководством Университета Ювяскюля (Финляндия) подтвердила этот эффект научно. В исследовании приняли участие около 2000 человек из 84 стран. Ученые выявили явление, которое они назвали "пиком воспоминаний": эмоциональная привязка к музыке достигает максимума примерно в 17 лет. Именно песни этого периода чаще всего остаются значимыми и вызывают яркие эмоции долгие годы спустя. Интересно, что у мужчин и женщин наблюдаются разные временные рамки этого пика. У мужчин он приходится примерно на 16 лет, тогда как у женщин - на 19. Исследователи объясняют это различие особенностями формирования музыкальной идентичности: юноши чаще ищут самостоятельность и бунт, а девушки связывают музыку с личными отношениями и пере ...>>

Сплав Cr-Mo-Si с уникальными свойствами 30.10.2025

Разработка материалов, способных работать в экстремальных условиях, остается одной из ключевых задач современной инженерии. Особенно это важно для авиации и энергетики, где повышение термостойкости компонентов напрямую влияет на эффективность и надежность оборудования. Международная группа исследователей объявила о создании нового металлического сплава, обладающего уникальным сочетанием свойств: высокой термостойкостью, устойчивостью к коррозии и сохранением пластичности даже при комнатной температуре. Новый сплав содержит хром, молибден и всего 3 атомных процента кремния. Именно кремний способствует формированию плотного слоя оксида хрома на поверхности металла, который действует как невидимый барьер против кислорода и азота при высоких температурах. В отличие от предыдущих сплавов, этот защитный слой формируется без хрупких силицидов, которые обычно снижали пластичность и делали материалы склонными к трещинам. По словам профессора Мартина Гайльмайера из Института технологий Кар ...>>

Открыт лед, замерзающий при комнатной температуре 29.10.2025

Изучение воды продолжает приносить удивительные открытия: несмотря на то, что эта жидкость кажется хорошо известной, она способна проявлять необычные свойства в экстремальных условиях. Международная команда ученых недавно обнаружила новый вид льда, который формируется при комнатной температуре, если вода подвергается сильному давлению. Это открытие не только расширяет наши знания о воде, но и помогает лучше понять процессы в недрах планет и их спутников. Исследователи из Корейского института стандартов и науки совместно с европейскими коллегами, работающими на рентгеновском лазере на свободных электронах (XFEL) в Германии, провели серию экспериментов с водой в динамической ячейке с алмазными наковальнями. Давление изменялось от 0,001 гигапаскаля до 120 гигапаскалей в секунду - в миллионы раз выше атмосферного, при этом температура поддерживалась около 25 °C, близкой к комнатной. В течение сотен циклов ученые наблюдали, как вода многократно замерзает и тает, фиксируя каждый этап с ис ...>>

Случайная новость из Архива Игровой монитор LG 27GS95QE 07.02.2024 Компания LG, ведущий производитель электроники из Южной Кореи, представила свой новый продукт - игровой монитор LG 27GS95QE с OLED-дисплеем. Новый монитор обладает разрешением 2K и впечатляющей частотой обновления дисплея на уровне 240 Гц. Одной из ключевых характеристик устройства является пиковая яркость, достигающая 1000 нит, обеспечивающая превосходное качество изображения даже в ярких условиях освещения. Монитор LG 27GS95QE предлагает игрокам высокое качество изображения, плавный геймплей и широкие возможности подключения устройств, делая его привлекательным выбором для тех, кто ценит качество и производительность в игровых сессиях. LG 27GS95QE обладает чрезвычайно быстрым временем отклика GtG в размере 0,03 мс и соответствует стандартам DisplayHDR True Black 400, что обеспечивает геймерам реалистичную графику и превосходную четкость изображения. Монитор также покрывает 98,5% цветовой гаммы DCI-P3, обеспечивая максимально точное воспроизведение цветов. Новинка поддерживает технологии AMD FreeSync Premium и NVIDIA G-Sync, что обеспечивает плавный геймплей и устраняет разрывы в изображении. Интерфейсы HDMI 2.1 и 4-полюсный интерфейс для наушников делают монитор удобным для подключения различных устройств. Цена нового монитора составляет $844.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2025