تماشا کنید: فیزیکدانان جسمی به ابعاد یک توپ گلف را با امواج صوتی شناور ساختند

پژوهشگران موفق به شناور ساختن یک توپ ۵۰ میلی‌متری از جنس پلی‌استایرن با استفاده از امواج صوتی فرکانس‌بالا شده‌اند. اگرچه دانشمندان مدت‌ها است که می‌توانند اجسام کوچکی مانند قطرات آب را با استفاده از پژواک شناور کنند، اما این توپ یکی از بزرگترین اجسام کروی است که توسط انرژی صوتی شناور نگه داشته شده است.

شناورسازی صوتی با ساخت امواج ایستاده توسط امواج صوتی مخالف، صورت می‌گیرد. این امواج ایستاده نقاط اوجی دارند که در حال نوسان بین فشار بالا و پایین است و از آن می‌توان برای جهاندن یک جسم در خلاف جهت گرانش استفاده کرد. این کار معمولا توسط دو موج صوتی مخالف و قطرات آب یا توپ‌های پلی‌استایرن کوچک‌تر از طول موج صوتی، انجام می‌شود.

تکنیک مرسوم به این صورت است که جسم در گره فشار (نقطه‌ای که فشار موج ایستاده به هیچ‌وجه تغییر نمی‌کند.) قرار می‌گیرد. بنابراین موج ایستاده‌ی زیر جسم نقشی مانند یک راکت پینگ‌پنگ را ایفا کرده و به صورت مداوم ضربه‌ای روبه بالا به جسم وارد می‌کند. 

اما این نخستین‌باری است که شناورسازی صوتی با جسمی انجام می‌شود که ابعاد آن ۳.۶ برابر طول موج صوتی بوده و جرم آن در حدود ۱.۵ گرم است. با استفاده از تکنیک مرسوم، بزرگترین جسمی را که می‌توان با امواج صوتی با فرکانس ۲۰ کیلوهرتز و طول موج ۱۴ میلی‌متر شناور ساخت، قطری ۴ میلی‌متری دارد.

مارکو آندراده از دانشگاه سائوپائولوی برزیل و یکی از محققان این پژوهش می‌گوید:

ما در مقاله‌ی خود نشان دادیم که می‌توانیم چندین مبدل فراصوتی را برای شناور کردن جسمی که به میزان قابل توجهی بزرگتر از طول موج صوتی است، به کار بگیریم. ما می‌توانیم حداکثر ابعاد جسم را از یک‌چهارم طول موج به ۵۰ میلی‌متر (تقریبا ۳.۶ برابر طول موج صوتی) افزایش دهیم.

برای انجام این کار، اعضای تیم مبدل‌های فراصوتی را در یک ساختار سه‌پایه‌ای به کار برده‌اند. آنها به جای قرار دادن جسم در گره فشار، یک موج ایستاده در بین جسم و مبدل‌ها تولید کرده‌اند. این به مفهوم آن است که کره توسط امواج صوتی تولید شده توسط سه مبدل در جای خود حایل شده است. با استفاده از این تکنیک، آنها قادر به شناور ساختن کره در ارتفاع ۷ میلی‌متری (تقریبا نصف طول موج صوتی) شده‌اند.

پژوهشگران امیدوار هستند تا با بهینه‌سازی تکنیک خود اجسام سنگین‌تری را در ارتفاع بالاتری شناور کنند. آندراده می‌گوید:

در حال حاضر ما تنها قادر به شناورسازی اجسام در یک موقعیت ثابت هستیم، در پژوهش‌های آینده قصد داریم تا دستگاه‌های جدیدی را توسعه دهیم که قادر به شناورسازی اجسام سنگین‌تری باشد.

شناورسازی صوتی در آینده می‌تواند نقشی کلیدی در بررسی و کنترل مایعات در فضا و مهار کردن مواد بسیار داغ یا سوزآور بر روی زمین داشته باشد. همچنین ممکن است در آینده شاهد ساخت دستگاهی مانند Tractor Beam استار ترک باشیم که قادر است اجسام را به سمت خود بکشد.

در ادامه می‌توانید ویدئویی را از روند شناورسازی کره‌ی پلی‌استایرنی تماشا کنید: