¡IMPRESIONANTE! Investigadores demuestran la levitación acústica de una gran esfera.

Cuando se coloca en un campo acústico, pequeños objetos experimentan una fuerza neta que se puede utilizar para hacer levitar los objetos en el aire. En un nuevo estudio, los investigadores han demostrado experimentalmente la levitación acústica de una esfera de poliestireno sólido de 50 mm ( 2 pulgadas ) utilizando ondas de ultrasonido - acústico que están por encima de la frecuencia del oído humano. 

La demostración es una de las primeras veces que un objeto más grande que la longitud de onda de la onda acústica se le haya hecho levitación acústica. Anteriormente, esto se ha logrado solamente por algunos casos específicos, tales como objetos de alambre similar y planas. En el nuevo estudio, la esfera de levitación es 3,6 veces más grande que la longitud de onda acústica de 14 mm utilizada aquí. 

Los investigadores, Marco Andrade y Julio Adamowski en la Universidad de Sao Paulo en Brasil, junto con Anne Bernassau en Heriot-Watt en Edimburgo, Reino Unido, han publicado un artículo en la demostración de levitación acústica en un número reciente de Applied Physics Letters. "Levitación acústica de pequeñas partículas en los nodos de presión acústica de una onda estacionaria es bien conocida, pero el tamaño de partícula máximo que se puede levitar en los nodos de presión es de alrededor de un cuarto de la longitud de onda acústica," dijo Andrade. 

"Esto significa que, para un transductor que opera en el rango de ultrasonidos (frecuencia superior a 20 kHz), el tamaño máximo de las partículas que se pueden levitar es de alrededor de 4 mm. En nuestro trabajo, hemos demostrado que podemos combinar múltiples transductores ultrasónicos para hacer levitar un objeto significativamente mayor que la longitud de onda acústica. En nuestro experimento, podríamos aumentar el tamaño máximo de objeto desde un cuarto de la longitud de onda de 50 mm, que es de aproximadamente 3,6 veces la longitud de onda acústica ". 

Aunque hay varias maneras diferentes para hacer levitar un objeto acústicamente, la mayoría de los métodos utilizan un transductor ultrasónico, que convierte las señales eléctricas en ondas ultrasónicas. La configuración actual utiliza tres transductores ultrasónicos dispuestos en forma de trípode alrededor de la esfera. Como explican los investigadores, el ángulo y el número de transductores se pueden cambiar, y esto no interfiere con la capacidad de la instalación para hacer levitar un objeto grande. 

La capacidad para hacer levitar la esfera grande se produce porque los tres transductores producen una onda estacionaria en el espacio entre los transductores y la esfera. En los métodos anteriores, los objetos pequeños levitan por estar atrapado en los nodos de presión de la onda estacionaria, pero este no es el caso aquí.

"En un dispositivo típico de la levitación acústica, una partícula pequeña se puede levitar en el nodo de presión de una onda estacionaria formada entre el transductor y un reflector , " explicó Andrade. "En lugar de atrapar el objeto en el nodo de presión , la clave para hacer levitar un objeto más grande que la longitud de onda acústica es generar una onda estacionaria entre el transductor y el objeto. "

Aunque esta estrategia se basa en un trabajo anterior, la disposición de trípode utilizado aquí proporciona una mayor estabilidad en 3D. "La idea de hacer levitar un objeto más grande que la longitud de onda acústica se basa en el papel de Zhao y Wallaschek", dijo Andrade. "En su artículo, demostraron que un objeto plano grande se puede levitar mediante la generación de una onda estacionaria entre el objeto y el transductor. 

Sin embargo, su configuración fue sólo capaz de proporcionar fuerzas acústicas verticales, y que utilizan un perno central en contacto con el oponerse a que no se escape lateralmente. mediante el uso de tres transductores ultrasónicos en una configuración de trípode, obtenemos fuerzas acústicas verticales y laterales. en consecuencia, podemos levitar un objeto más grande que la longitud de onda acústica sin ningún contacto con las superficies externas ". 

Usando el nuevo método, los investigadores demostraron que la esfera se podría levitar a una altura de aproximadamente 7 mm, o aproximadamente la mitad la longitud de onda de las ondas acústicas. Ellos predicen que el método puede ser utilizado para hacer levitar esferas incluso más grandes, y también se puede extender a levitar objetos de diferentes formas y tamaños y en diferentes posiciones. "Por el momento, sólo podemos hacer levitar el objeto en una posición fija en el espacio", dijo Andrade. 

"En el trabajo futuro, nos gustaría desarrollar nuevos dispositivos capaces de levitar y manipular grandes objetos en el aire." levitación acústica tiene aplicaciones para el manejo y la manipulación de diversos materiales, tales como materiales muy calientes y muestras líquidas en el espacio. En microgravedad, la tensión superficial inferior permite que las gotas de líquido para llegar a tamaños más grandes de lo que hacen en la Tierra, y la levitación acústica se pueden utilizar para controlar y analizar estas grandes muestras líquidas.