Surfing na falach dźwiękowych

Naukowcy z Politechniki Federalnej w Zurychu (ETHZ) zaprojektowali lewitator akustyczny, dzięki któremu można np. zmieszać unoszące się w powietrzu substancje. Urządzenie składa się z 2 płytek: jedna jest generatorem fal, druga je odbija, przez co wytwarza się fala stojąca.

Szwajcarom udało się kontrolować planarny ruch różnych obiektów, niezależnie od ich właściwości. Naukowcy podkreślają, że nie chodzi wyłącznie o zabawę. Poruszając cząstkami lub kroplami cieczy w powietrzu, można bowiem badać rozmaite procesy bez zaburzającego kontaktu z powierzchniami.

Dotąd podczas przeprowadzania podobnych eksperymentów korzystano m.in. z pomocy magnesów czy pola elektrycznego. Lewitowanie i precyzyjne przesuwanie kropli magnesem jest skrajnie trudne. Poza tym ciecz musi mieć właściwości magnetyczne. W cieczach, gdzie lewitację zapewnia wyporność, można stosować wyłącznie ciecze niemieszalne, np. kroplę oleju w wodzie - tłumaczy prof. Dimos Poulikakos.

Z falami akustycznymi można lewitować obiekty o różnych właściwościach. Ograniczeniem jest maksymalna średnica, która odpowiada połowie długości wykorzystanej fali. Obiekt zawisa w miejscu, kiedy wszystkie działające na niego siły się równoważą. By anulować wpływ grawitacji, trzeba się odwołać do dźwięku o natężeniu 160 decybeli. Chroniąc swoje uszy, naukowcy "sięgnęli" po ultradźwięki.

Naukowcy wiedzą o efekcie ciśnienia promieniowania akustycznego od ponad 100 lat (w latach 80. NASA wykorzystywała lewitatory akustyczne do symulowania nieważkości), jednak dopiero Szwajcarom udało się kontrolować napowietrzny ruch (surfing) na fali dźwiękowej. Dr Daniele Foresti zastosował równoległy układ wielu modułów emiter-powierzchnia odbijająca. W poszczególnych modułach generowano inne fale, przez co obiekty przesuwały się od jednego elementu do drugiego.

Testując rozwiązanie, Foresti przesunął ziarenko kawy rozpuszczalnej wprost na kroplę wody. W innym eksperymencie zmieszał krople cieczy o różnym pH - jedna miała odczyn zasadowy, druga kwasowy. O zajściu reakcji zobojętniania świadczyło zachowanie specjalnego fluorescencyjnego barwnika, który świecił wyłącznie przy neutralnym pH. Później naukowcowi udało się także pokręcić wykałaczką.

Ponieważ wszystko przebiega bezdotykowo, co znacząco zmniejsza ryzyko skażenia, urządzenie można wykorzystać w wielu dziedzinach nauki, np. żeby przeprowadzić transfekcję obcego DNA do komórki.

Poniższy film obrazuje napowietrzną reakcję sodu z wodą.

lewitator akustyczny substancje zmieszać ruch przemieszczać moduły Daniele Foresti Dimos Poulikakos