Schallwellen stellen Tröpfchen Tanz in der Luft

LONDON – Musik Blasten können nicht ganz heben Sie Ihre Füße nur noch, Tröpfchen schweben mit Sound machen kann jedoch der erste Schritt in diese Richtung. Ein Team von Forschern wurde experimentell gezeigt, wie heben und drehen Sie flüssige Tröpfchen, sie mit Hochfrequenz-Schallwellen zu kontrollieren.

Die Wissenschaftler entwickelten ein Gerät, das flüssige Tröpfchen "Dance", schwebt in der Luft, ohne zu explodieren lässt. Die Leistung könnte zu potentiellen biologischen und pharmazeutischen Anwendungen, wie chemische Reaktionen in Extremsituationen zu studieren, ohne Kontakt zu stören, Gefahrstoffe, bewegen und analysieren und testen neue Materialien ohne das Risiko einer Kontamination führen. Es könnte auch in Schwerelosigkeit Experimenten auf der Erde verwendet werden.

Das Team beschreibt das Gerät funktioniert mit einer Frequenz von 32,5 Kilohertz, in ihrem Papier, kürzlich in der Fachzeitschrift Physical Review Letters veröffentlicht. Die Schallwellen werden im Bereich Ultraschall – zu hohe Töne für das menschliche Ohr zu hören, aber sehr laut, Strahlen bei etwa 160 Dezibel, wo 120 dB liegt die Grenze für das menschliche hören, sagte Studie Co-Autor Daniele Foresti, ein Physiker an der Eidgenössischen Technischen Hochschule (ETH) Zürich. [Siehe Video von Tröpfchen in der Luft tanzen]

Stehende Wellen

Eine akustische oder Schallwelle ist eine Druckwelle und die Kraft, die er produziert Schwerkraft überwinden kann.

Wenn eine akustische Wandler eine Schallwelle und einem Reflektor strahlt direkt gegenüber dieser Welle wieder auf sich selbst reflektiert, die resultierende Welle ist bekannt als eine "stehende Welle" – eine mit einer Reihe von stationären Knoten, die an einem Ort zu bleiben, auch wenn die Welle schwingt. Die Kraft an den Knoten Schwerkraft entgegenwirken kann, macht relativ schwere Gegenstände mit Wasser-wie Dichte schweben an einem Ort, oberhalb der Knoten. Als vor langer Zeit wie in den 1970er Jahren wurden solche Tröpfchen schwebt Experimente durchgeführt. [Die 6 verrücktesten Wirkung der Schwerkraft erklärt]

Aber Foresti und Kollegen wollte nicht nur Tröpfchen in der Luft schweben; Sie wollten sie zu manipulieren, und die Tröpfchen in einer kontrollierten Art und Weise bewegen.

"Unser Konzept basiert auf drei... computergesteuerte Resonatoren, die eine akustische stehende Welle erstellen und ändern Sie seine Form in einen definierten Raum," sagte Foresti.

Die Wissenschaftler platziert die Resonatoren in einem Kreis, bei 120 Grad zueinander. Jedes Computer-gesteuerten Resonator erzeugt akustische stehende Wellen bei einer Frequenz von etwa 32,5 kHz, und wie die Wellen Formen ändern, die Knoten langsam zu bewegen – und die Objekte schweben sie auch bewegen. Die Versammlung einen kontrollierten Levitation Raum ähnelt einer Scheibe von etwa 5-6 Zentimeter (2-2.4 Zoll) im Umfang, schafft", sagte Foresti.

Zu kontrollieren wie hoch und in was die Tröpfchen Fliege Mode muss man einfach die Schallwellen Amplitude (Wellenhöhe) einstellen ohne Änderung der Phase oder die Position der Welle im Verhältnis zu seinen Ursprung. In anderen Worten, einfach die Lautstärke aufdrehen. Auf diese Weise ist es möglich, fangen ein Tröpfchen, quetschen sie ein bisschen in ein Ellipsoid Form und machen es drehen, während in Luft zu schweben, oder fahren sie in einer kontrollierten orbitale Bewegung ohne Sie zu zerstören. (Die Forscher arbeiten an schwebender Tröpfchen und verschieben sie in der Luft seit einiger Zeit, aber es ist erst jetzt, dass sie es geschafft, auch in einer kontrollierten Art und Weise und ohne Tauchen sie spin machen.)

"Durch die Modulation der Schallwellen, wir" Feld "Levitation" im Inneren drehen kann' ", sagte Foresti. "Das System ist ähnlich wie bei einem Dreiphasen-Elektromotor, aber in diesem Fall haben wir die Phase des Signals, nur die Amplitude nicht variieren." (Solche Motoren verlassen sich auf drei Wechselströmen der gleichen Frequenz, die erreichen ihre Spitzenwerte bei einem Drittel eines Welle Zyklus voneinander unterscheiden, so dass die Wellen gegeneinander verschoben werden.)

Derzeit, die Drehzahl ist zu langsam und die Frequenz ist zu hoch für das Gerät zu viel größere Objekte schweben. "Wir müssten den Ultraschallbereich verlassen und geben in den hörbaren Bereich" sagte Foresti.

Mögliche Anwendungen

Die Wissenschaftler sagen, dass die Auswirkungen der Forschung sind zahlreich. "Eine kontaktlose Technik bedeutet keinen Kontakt mit der Oberfläche, daher keine Verschmutzung: Wir haben nicht zu befürchten, die Probe wird in Kontakt mit einem bestimmten Material" sagte Foresti. " Auch Nylon und Teflon nachweislich Biotests verunreinigen."

Und kein Kontakt keine Reibung bedeutet, fügte er hinzu. Der Erfolg könnte auch Abfallmaterials reduzieren. Vor allem bei kleinen Maßstäben tendenziell ein Wassertropfen auf eine Oberfläche kleben; Immerhin, das ist wie Oberflächen nass und "klebt" wie Glas Wasser. "Mit einem kontaktlosen Ansatz können wir die gesamte flüssigen Proben, ohne zu verschwenden sie auf einen Container Wände," sagte er.

Schließlich ist kein Kontakt gleich kostenfrei: In Bio-analytische Messungen wie Spektrometrie, das Vorhandensein eines Containers bringt Lärm, Messungen, und ist eine potentielle Fehlerquelle. Aber wenn es keinen Kontakt, gibt es keinen Lärm.

Marco Marengo, Professor für Wärmetechnik an der Universität von Brighton im Vereinigten Königreich, der nicht an der Studie beteiligt war, sagte, dass die Forschung auch für Anwendungen in Biologie und Medizin führen könnte. "Es ist interessant für Genmanipulation, da es möglich ist, in Kontakt verschiedene DNA-Ketten in einem einzigen Tropfen setzen" Marengo sagte

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