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声学科学:研究人员将声悬浮技术提升到一个新的水平

了解声悬浮如何让物体漂浮在声波上,在突破性研究中克服尺寸限制。

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鸣谢:Andrade et al., 2016

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声悬浮让人联想到《星际迷航》中的牵引光束和超声波悬浮滑板,但实际上,让物体漂浮在声垫上发生在更小的尺度上。这部分是由于一个挑战:物体通常不会漂浮,如果它们比用来升起它们的声波大。

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来自巴西圣保罗大学的马可·安德拉德(Marco Andrade)和胡里奥·亚当诺夫斯基(Julio Adamowski),以及来自英国赫瑞瓦特大学的安妮·伯纳索(Anne Bernassau)证明了克服这一限制是可能的。在一项看起来比听起来更酷的实验中,他们悬浮了一个聚苯乙烯球体,这个球体比用来升起它的14毫米超声波大了3.6倍。

声音力量

声悬浮并不是新事物;多年来,科学家们一直使用声音来将小球体和水滴悬浮在半空中。传统上,声悬浮涉及从两个声源(顶部和底部)发射相同的声波,以产生驻波。驻波在高压和低压峰值之间振荡,但在波的中间有一个压力根本不改变的口袋。这就是轻量级物体可以漂浮的地方。

安德拉德的团队没有使用两个声源来产生声音,而是使用了三个超声波换能器,呈三脚架状排列。这种设置在球体和换能器之间产生了一个驻波,在将物体升高的同时将其固定在原位。

这不是科学家第一次声悬浮比其支撑波大的物体。2009年,汉诺威大学的一个团队以传统方式抬起了一张光盘——它漂浮在驻波的最佳位置——但需要一根中心销来防止它侧向移动。三脚架排列解决了这个问题,安德拉德及其同事最近在《应用物理快报》(Applied Physics Letters)上发表了他们的发现

悬浮应用

目前,三脚架系统只能提升物体并将其固定在固定位置,但研究人员认为他们可以在其设计基础上进行改进,以将各种形状和大小的物体悬浮在空中更高处,并以多个方向移动它们。一个英国研究团队已经使用“声音全息图”以完全不同的超声波悬浮方式来操纵小球体

短期内,声悬浮设备的用途不如牵引光束那么性感。然而,它们可以用于处理和研究极热或腐蚀性液体,或帮助在太空中容纳液体。

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