cây đũa thần siêu âm 12.01.2015

"Wingardium Leviosa" - một câu thần chú như vậy đã được các nhân vật trong bộ truyện cổ tích về Harry Potter sử dụng để làm cho các vật thể bay trong không trung bằng một làn sóng của một chiếc đũa thần. Nhưng trong khi các nhà biên kịch và đạo diễn nghĩ ra những câu chuyện tuyệt vời mới, thì khoa học, từng bước một, mang đến cho cuộc sống những điều mà trước đây dường như là không thể. Lần này là về chuyển động của các vật thể trong không khí, hoặc bay lên. Levitation có thể được gọi là một hiệu ứng vật lý trong đó một vật thể không có hỗ trợ nhìn thấy được hoặc di chuyển trong không khí. Ví dụ, nếu một nam châm thông thường được đặt trên một vật liệu siêu dẫn trước đó đã được làm lạnh đến nhiệt độ thấp, thì một "phép màu" sẽ xảy ra - nam châm sẽ lơ lửng tự do trong không khí ở độ cao thấp. Điều này là do hành vi đặc biệt của từ trường trong chất siêu dẫn.

Một hiện tượng như vậy, mặc dù rất kỳ lạ, ít được sử dụng trong thực tế: nhu cầu di chuyển nam châm qua một chất siêu dẫn được làm mát bằng nhiệt độ của nitơ lỏng sẽ không nảy sinh đối với tất cả mọi người. Đó là một vấn đề hoàn toàn khác nếu một phương pháp được phát minh ra để di chuyển bất kỳ vật thể nào một cách không tiếp xúc, bất kể bản chất của chúng. Một phát minh như vậy sẽ được yêu cầu rộng rãi trong những lĩnh vực mà độ tinh khiết của vật liệu là rất quan trọng. Ví dụ, trong dược phẩm hoặc vi điện tử: bất kỳ sự tiếp xúc nào với vật liệu có thể mang các tạp chất không mong muốn vào đó. Các nhà vật lý từ Đại học Sao Paulo ở Brazil đã đề xuất một phương pháp làm cho các vật thể nhỏ không chỉ lơ lửng trong không khí mà còn có thể di chuyển chúng theo đúng hướng.

Để vượt qua lực hấp dẫn, các nhà nghiên cứu đã sử dụng áp suất do sóng âm thanh tác động. Bạn có thể cảm nhận được sức mạnh của âm thanh nếu đứng trước một chiếc loa công suất lớn đang hoạt động ở mức âm lượng lớn nhất. Âm thanh là một rung động xảy ra trong bất kỳ phương tiện nào. Nó có thể là không khí, nước hoặc các vật liệu rắn. Không có sóng âm thanh trong không gian, bởi vì không có môi trường nào mà chúng có thể lan truyền: chân không là một khoảng không im lặng. Theo quan điểm vật lý, sự truyền âm thanh trong không khí là sự chuyển động của các vùng có áp suất cao và áp suất thấp. Sự dao động áp suất tạo ra một lực có thể tác dụng lên các vật cơ học. Đây là cách tai của chúng ta được sắp xếp, nơi âm thanh của thế giới xung quanh chúng ta được truyền đến não thông qua các rung động của màng nhĩ.

Bây giờ chúng ta cần nhớ thêm một đặc điểm của dao động - sự tồn tại của sóng dừng. Ví dụ đơn giản nhất: nếu bạn cố định một đầu của sợi dây dài và chuyển động đầu kia lên xuống với tần số không đổi, thì một số điểm của sợi dây sẽ bất động. Sự hình thành sóng dừng như vậy xảy ra do sự chồng chất của hai sóng - sóng ban đầu, được tạo ra bởi sự chuyển động của đầu tự do của sợi dây và sóng phản xạ. Các hiệu ứng phát sinh khi các sóng âm được xếp chồng lên nhau đã hình thành nên cơ sở của phương pháp bay siêu âm được phát triển. Bộ phát phát ra sóng siêu âm được phản xạ từ một bề mặt nằm ở khoảng cách nào đó. Các sóng bức xạ và phản xạ cộng lại, tạo thành một thứ giống như một hành lang, trong đó các khu vực áp suất cao và áp suất thấp xen kẽ nhau. Nếu một vật thể rơi vào vùng có sóng siêu âm dừng, năng lượng của sóng đủ để bù lại lực hấp dẫn, và chúng ta quan sát thấy hiệu ứng bay lên.

Mặc dù thực tế là phương pháp bay bằng sóng siêu âm đã bắt đầu phát triển cách đây vài năm, nhưng không dễ dàng để đạt được sự giữ ổn định của các vật thể trong không khí. Trong một thời gian dài, người ta không thể tạo ra một làn sóng siêu âm đứng ổn định với đủ công suất: một chuyển động nhẹ của bộ phát hoặc bộ phản xạ - và hiệu ứng biến mất. Để giải quyết vấn đề này, Marco Andrade và các đồng nghiệp của ông đã sử dụng nguyên lý hình thành sóng đứng dựa trên phản xạ nhiều lần. Họ đã chế tạo một bộ phản xạ siêu âm lõm đặc biệt mà họ cố gắng đạt được lực bay của những quả bóng nhựa nhỏ mà không cần tinh chỉnh hệ thống. Ngay cả khi bạn cầm tấm phản xạ sóng trong tay, hiệu ứng bay lên vẫn không biến mất - cho đến gần đây, điều đó dường như là không thể. Công nghệ này có nhiều cơ hội hơn để ứng dụng thực tế.