Anonim

Akustisk traktor beam skaber en ultralyd tornado til stor levitation

Fysik

Michael Irving

25. januar 2018

3 billeder

Et nyt "akustisk traktorstråle " -design har været i stand til at udligne en polystyrenkugle, der måler 2 cm bred, hvilket gør det til det største objekt, der leviteres til dato (Kredit: University of Bristol)

Levitation er ikke længere kun magiernes rige, med ingeniører dabbling på måder at suspendere objekter i midair ved hjælp af magneter, varmestrøm eller lydbølger. Desværre fungerer det normalt kun med partikler eller små genstande, men forskere fra University of Bristol har udviklet en ny "akustisk traktorstråle", der kan fange større genstande, hvilket muligvis baner vejen for kontaktløse produktionslinjer eller endda menneskelig levitation.

I tidligere akustiske traktorstråledesigner møder to ultralydshøjttalere hinanden på tværs af et åbent rum. Ultralydbølgerne fra begge højttalere mødes i midten, og det perfekt justerede tryk fra begge retninger kan holde partikler og andre meget lette genstande, der svæver i det mødested (kaldet stående bølge).

Men der er et par problemer med denne teknik, der har begrænset størrelsen på objekter, der kan blive leviteret. Hvis en genstand ikke er perfekt placeret, kan forskellen i tryk få det til at slukke ud af traktorstrålen, og hvis en genstand er større end bølgelængden af ​​lydbølgerne, vil den dreje hurtigere og hurtigere, indtil den igen, flyver væk.

Bristol-enheden blev designet til at modvirke disse problemer ved at arrangere et sæt højttalere i en skålform. Disse højttalere producerer lyd i et hurtigt spinning mønster, der skaber en slags "lyd tornado" med høje bølger, der springer rundt i en stille kerne. Denne kerne virker som en 3D-version af de stående bølger, der er produceret i tidligere akustiske traktorbjælker, idet objekter bevæger sig ubevægelige i stormens øje.

For at holde tornadoen fra at overføre dens drejning til objektet, drejer højttalerne hurtigt deres retning frem og tilbage og skaber vekslende vortexer af lyd, der arbejder for at stabilisere traktorstrålen. Efter udvidelsen af ​​den tavse kerne levit forskerne succesfuldt en polysytrene kugle, der måler 2 cm (0, 8 in), hvilket er to gange bølgelængden af ​​de 40 kHz ultralydbølger, der anvendes i testen. Det gør det til det største objekt, der nogensinde blev holdt i en traktorbjælke, og forskerne siger, at det passer godt for fremtiden for stor levitation.

"Akustiske forskere var blevet frustreret over størrelsesgrænsen i årevis, så det er tilfredsstillende at finde en måde at overvinde det på, " siger Asier Marzo, hovedforfatter af undersøgelsen. "Jeg tror, ​​det åbner døren til mange nye applikationer. "

Tidligere blev menneskelig levitation antaget at være umulig, fordi større genstande kræver lavere lyd, som er hørbare og kan være farlige for os. Men denne undersøgelse arbejdede med en frekvens på 40 kHz, hvilket er højere end mennesker kan opdage og ind i rækken af ​​en flagermus hørelse. Det gør det sikkert for tryllekunstnerens dejlige levitationsassistent og alle i publikum.

"Akustiske traktorstråler har stort potentiale i mange applikationer, " siger Bruce Drinkwater, projektleder. "Jeg er især begejstret af ideen om kontaktløse produktionslinjer, hvor sarte objekter samles uden at røre dem. "

Undersøgelsen blev offentliggjort i tidsskriftet Physical Review Letters, og forskerne demonstrerer deres akustiske traktorstråle i videoen nedenfor.

Kilde: University of Bristol

Den akustiske traktorstråle brugte ultralydbølger med en tonehøjde på 40 kHz, hvilket kunne gøre det sikkert for eventuel menneskelig levitation (Kredit: University of Bristol)

Et nyt "akustisk traktorstråle " -design har været i stand til at udligne en polystyrenkugle, der måler 2 cm bred, hvilket gør det til det største objekt, der leviteres til dato (Kredit: University of Bristol)

Den akustiske traktorstråle holder objekter fanget midt i luften med lydbølger, der hurtigt veksler i retning, hvilket forhindrer en genstand i at spole ude af kontrol (Kredit: University of Bristol)

Anbefalet Redaktørens Valg