Британскими учеными создана новая технология левитации объектов - kupihome.ru

Британскими учеными создана новая технология левитации объектов

Ученые сделали левитацию реальностью. ВИДЕО

Новая система создаёт левитацию с помощью звуковых волн

18.07.2013 в 18:01, просмотров: 10601

Исследователи сообщают, что им удалось заставить объекты левитировать с помощью звуковых волн, и более того – перемещаться в воздухе. Учёные используют звуковые волны для поддержания объектов в воздухе уже многие десятилетия, но новый метод, который был недавно описан в журнале «Proceedings of the National Academy of Sciences», позволил исследователям манипулировать подвешенными объектами не прикасаясь к ним. Чудо демонстрирует ВИДЕО с акустической левитацией под музыку Штраусса.

Техника такой левитации может помочь создавать сверхчистые химические смеси без загрязнений, что может оказаться весьма полезно для производства стволовых клеток и других биологических материалов.

В течение вот уже более века учёные предлагают идею использовать давление звуковых волн, чтобы заставлять объекты парить в воздухе. По мере своего движения звуковые волны производят изменения в давлении воздуха – сдавливая вместе некоторые молекулы воздуха и раздвигая другие.

Поместив объект в определённой точке звуковой волны, можно идеально точно сбалансировать силу гравитации силой звуковой волны, позволяя объекту парить в этой точке.

В предыдущих опытах с левитационными системами, учёные использовали преобразователи для создания звуковых волн, и отражатели, чтобы отражать их обратно, создавая таким образом стоячие волны.

«Стоячая волна подобна тому, как если бы вы дёргали за гитарную струну», рассказывает соавтор исследования Дэниел Форести, инженер механики из ETH Цюрих, Швейцария. «Струна движется вверх и вниз, но есть две точки, в которых она неподвижна».

С помощью этих волн учёным удалось заставить левитировать лабораторную мышь и мелкие капли жидкости.

Но затем исследования зашли в тупик.

Акустическая левитация скорее похожа на лабораторный фокус, нежели на полезный инструмент: её мощности хватает только на левитирование относительно мелких объектов; она не может левитировать жидкости, не расплёскивая их, и объекты в этих опытах нельзя перемещать.

Форести же и его коллеги нашли выход из положения, спроектировав крошечные преобразователи, достаточно мощные, чтобы левитировать предметы, но достаточно компактные, чтобы располагать их вместе.

Акустическая левитация под музыку Штраусса:

Постепенно отключая один преобразователь, и одновременно усиливая соседний, новый метод создаёт движущуюся точку равновесия, позволяя учёным перемещать объект в воздухе. Таким способом можно левитировать даже длинные и тонкие предметы.

Новая система позволяет поднимать тяжёлые объекты, и при этом обеспечивает достаточно контроля, чтобы жидкости оставались целостными, не разлетаясь на множество отдельных капель, говорит Форести. Весь процесс контролируется автоматически.

Система излучает звуковые волны, которые могли бы разорвать барабанные перепонки, с уровнем шума в 160 децибел, что примерно равно рёву взлетающего истребителя. Однако волны, которые учёные использовали в своём эксперименте, имеют частоту в 24 килогерца – как раз над верхним пределом слышимости человека.

В настоящее время объекты в этой системе можно перемещать лишь в одном измерении, но исследователи надеются разработать метод, который позволит передвигать их уже в двух измерениях, говорит Форести.

Новая система является крупным шагом вперёд, как с теоретической, так и с практической точки зрения, и может позволить, к примеру, смешивать стволовые клетки в сверхчистые смеси, не боясь возможных загрязнений от используемых инструментов.

Явление левитации фигурирует во многих произведениях искусства (скажем жанр фэнтези часто использует его). Разумеется, чаще всего примеры левитации в «жизни» можно встретить в истории религий. Например, в 1603 году в одной итальянской семье родился слабый, болезненный ребёнок. Его звали Джузеппе Деза. В 17 лет он стал монахом-капуцином, в 22 года попал во францисканский орден. Его монастырь находился близ местечка Копертино. Это был странный монах, впадавший в экстаз от молитвы. Однажды в таком состоянии он оторвался от земли, пролетел по воздуху и приземлился в алтаре монастырского собора. Монахи решили показать это чудо римскому папе Урбану VII. Деза повис в воздухе перед первосвященником, который счёл это божественным даром. Последовали полёты перед монахами и титулованными особами.

Посчастливилось наблюдать уникальное явление и философу Готфриду Вильгельму Лейбницу. А 104 года спустя Деза был канонизирован как Иосиф из Копертино. Это, пожалуй, самый известный и задокументированный в истории случай левитации.

В 1906 году одержимая дьяволом Клара Германа Селе, 16-летняя школьница из Южной Африки, поднималась в воздух до пяти футов иногда в вертикальном, а иногда в горизонтальном положении. Едва только её обрызгивали святой водой, она тут же падала.

Случаи левитации предметов описаны в литературе по спиритизму конца XIX — начале XX века. Считается, что «левитация бывает у медиумов во время спиритических сеансов, у шаманов во время камлания, в состоянии мистического экстаза и транса, в магии, колдовстве, при явлении призраков и одержимости нечистым духом. В парапсихологии левитацией считаются явления психокинеза, или „власть духа над материей“. Состояние левитации длится, как правило, не более нескольких секунд или, может быть, нескольких минут».

Читать еще:  Йогуртница с функцией приготовления творога и сметаны

Самые поразительные случаи левитации приписывались Дэниэлу Дангласу Хьюму, который в бытность свою физическим медиумом неоднократно заставлял мебель и другие предметы подниматься в воздух. Хьюм и сам парил в воздухе более 100 раз при свидетелях, а в 1868 году он, говорят, вылетал из окон и снова в них влетал. Во время своих полетов Хьюм не всегда находился в состоянии транса, так что он вполне мог отдавать себе отчет в том, что происходит и что он при этом ощущает. Он говорил, что невидимая сила поднимает его и он ощущает «электрическую полноту» у себя в ногах.

В литературе по йоге и буддизму левитация — одна из приобретаемых способностей Сиддхи. В частности описана в Йога—сутрах Патанджали и Вьяса-Бхашья.

Наука, похожая на фокус

По поводу левитации диамагнитных (немагнитных) тел в магнитных полях читаем далее:

1. Левитация лесного орехасхема экспериментальной установки. Объект, в данном случае, лесной орех помещался в цилиндрическую полость, диаметром 3,2 см., в середине мощного электромагнита, создающего магнитное поле, напряженностью в 20 Тл. Когда напряженность поля в центре полости достигала приблизительно 16 Тл, градиенты магнитного поля на ее краях оказывались достаточными для компенсации сил земной гравитации на молекулярном уровне в этом явно немагнитном объекте. В поле, напряженностью примерно 10 Тл орех сам становится слабым магнитом, образуя вокруг себя поле порядка одного Гаусса. Это подразумевает существование в орехе достаточно большого (порядка ампера) электрического тока. Но этот ток представляет собой сумму упорядоченных микроскопических токов в атомах и поэтому этот ток не рассевается, как привычный для нас ток проводимости, на самих атомах и не вызывает нагрева ореха. По этой же причине левитирующие в магнитном поле живые объекты не испытывают «казни на электрическом стуле”.

3. Гидрогазодинамика невесомости – одна из областей знания, в которой, как это демонстрирует парящая капля воды, может использоваться магнитная левитация.

Понравилась статья? Подпишитесь на канал, чтобы быть в курсе самых интересных материалов

Черная дыра вместо солнца: благоприятные для жизни зоны вокруг черных дыр возможны

Из-за их света и энергии звезды, подобные нашему Солнцу, принято считать источником жизни. Если планета обращается вокруг звезды в пределах правильного диапазона расстояний до звезды, то есть в так называемой потенциально обитаемой зоне, то там может существовать вода в жидком виде, которая и составляет основу для известной нам формы жизни, к которой принадлежим мы сами. Но все больше астрофизиков склоняются сейчас и к возможности того, что планеты могут также вращаться не только вокруг звезд, а и вокруг черных дыр.

Символической изображение: Планета вращается вокруг сверхмассивной чёрной дыры — кадр из фильма «Интерстеллар». © Paramount/Warner Brothers/The Kobal Collection

В исследовании, предварительно опубликованном на предпечатном ресурсе Arxiv.org, Павел Пакала, Ян Дочекал и Сузана Туронова из Исследовательского центра теоретической физики и астрофизики (RCTPA) при Силезском университете (Чехия) объясняют, как они проанализировали термодинамику гипотетических экзопланет на очень низких так называемых орбитах Кеплера в непосредственной близости от быстро вращающихся черных дыр.

Если предположить, что они действительно существуют, то такие экзопланеты черных дыр нагревались бы сильно смещенным в голубом спектре и сфокусированным потоком поступающего космического микроволнового фона (CMB) и охлаждались бы холодной частью локального неба, к которой, наряду с прочим, включает в себя и тень от черной дыры.

Таким образом, «там должна существовать разность температур, которая, подобно взаимодействию между днем ​​и ночью на Земле, может включать на каких-то из предполагаемых гипотетических планет чёрных дыр процессы, на основе которых могут существовать и процветать формы жизни, пусть даже не известные нам», — утверждает трио исследователей.

Согласно расчетам ученых, если орбиты Кеплера вокруг очень быстро вращающейся сверхмассивной черной дыры достаточно низки, вокруг нее существует «обитаемая зона», которая соответствует привычным нам обитаемым зонам вокруг нормальных звезд.

Минимальная масса черной дыры, которая вписывалась бы в параметры рассчитанных базовых требований и могла бы дать возможность экзопланетам земного типа в «благоприятной для жизни зоне» их черной дыры создать соответствующие условия, а также при этом могла бы противостоять могучим приливным силам, была определена методом расчетов в 1,63 х 108 м³ солнечных масс.

«Таким образом, термодинамика экзопланет вокруг таких черных дыр не исключает в принципе существования жизни даже на основе известной нам биологии», — заключает Пакала. Но при этом и сами авторы считают вероятность того, что хрупкие условия существования такой планеты, расположенной вокруг подходящей под предварительные условия черной дыры, довольно низкой. Но, говорят они, вероятность их полностью исключать все же не стоит.

Читать еще:  Плиточные панели, преобразующие солнечную энергию в электрическую

Понравилась статья? Подпишитесь на канал, чтобы быть в курсе самых интересных материалов

Технологии будущего или секреты древних цивилизаций: открыт метод тепловой левитации

12.03.2017 | 15:29 | Joinfo.ua

Скорее всего, ученые, которые разрабатывают технологии будущего, смогли открыть технологии древних цивилизаций, с помощью которых возводились огромные сооружения из невероятного размера валунов, весом в несколько сот тон. И имя этой технологии – тепловая левитация, передает Joinfo.ua со ссылкой на Dailytechinfo.

На протяжении многих лет ученые и исследователи бьются над загадкой не только строительства пирамид в Гизе. Ведь еще несколько лет назад ученые довели, что они были построены из геополимерного бетона – бетона, который при затвердевании не отличишь от камня. Просто это открытие хранят в тайне, ибо надо будет переписывать все учебники истории.

Но что насчет мегалитических строений в Саксайуаман, Ольянтайтамбо, Урубамба и прочих в Латинской Америке? Ведь там глыбы из гранита или диорита (который тверже гранита), не просто выстроены, а подняты на вершины гор. А кое-где эти глыбы имеют такую форму, как будто они вылеплены из пластилина, а потом затвердели.

Исследователи выдвинули гипотезу, что эти камни были подняты, и строительство велось с помощью некой технологии левитации – способности поднимать предметы, нивелируя влияние гравитации. Если «отключить» гравитацию – размер предмета не имеет значения, ведь он теряет массу и вес.

Явление левитации сейчас еще во многом походит на волшебство, но позади его стоят совершенно традиционные законы физики и некоторые хитроумные уловки. Магнитная левитация уже используется в железнодорожном транспорте, к примеру, оптическая — больше в научных целях, а акустическая — в производстве лекарственных препаратов и научных исследованиях. Однако, все вышеперечисленные методы работают лишь по отношению к объектам с определенными свойствами, а исследователи из Чикагского университета разработали новый метод «тепловой» левитации, который работает за счет искусственно создаваемой разницы температур и может действовать на любые объекты, независимо от их природы и свойств.

«Магнитная левитация работает только с магнитными материалами, оптическая — с объектами, реагирующими на поляризованный свет. Найденный нами метод является первым в своем роде, который не зависит ни от материала, ни от формы и других свойств объекта» — рассказывает Ченг Чин (Cheng Chin), один из исследователей.

Ученые использовали шарики из керамики, стекла, пластмассы, частички льда, семена и другие небольшие предметы для демонстрации работоспособности метода «тепловой» левитации. Все эти предметы удавалось удерживать в пространстве на протяжении часа-двух времени, при этом они не совершали боковых колебательных движений.

Технологии древних цивилизаций

Основой нового метода левитации является процесс под названием термофорез (thermophoresis), в результате которого между двумя источниками тепла с разной температурой возникают достаточно ощутимые силы. В данном случае в качестве одного источника тепла выступала медная пластина, температура которой поддерживалась на уровне комнатной температуры, а вторая пластина охлаждалась при помощи жидкого азота до температуры -184 градуса Цельсия. Поток тепла об более горячей пластины к более холодной создавал силы, достаточные для поднятия частиц с небольшой массой.

«Большой температурный градиент приводит к возникновению сил, которые могут уравновесить силу гравитации, что приводит к появлению стабильной левитации» — рассказывает Фрэнки Фанг (Frankie Fung), ведущий исследователь, — «Мы экспериментальным путем сумели определить величину сил, создаваемых явлением термофореза, и выяснили, что это значение очень близко к значению, полученному при помощи теоретических расчетов. Это, в свою очередь, позволит определять нам возможность поднятия различных объектов при помощи технологии «тепловой» левитации».

Методика

Для работы системы «тепловой» левитации на полной мощности требуется пластины с точно выдержанными размерами, разнесенные на строго заданное расстояние. Так же важную роль играет значение теплового градиента и положение дополнительных элементов, позволяющих контролировать направление движения потока тепла и увлекаемого им воздуха. «Все это работает только в очень узком диапазоне давления, температурного градиента и геометрических размеров используемых пластин» — рассказывает Ченг Чин, — «Также на силы тепловой левитации влияет форма и материал частиц, поднимаемых таким способом».

Несмотря на перечисленные выше трудности, ученым удалось воссоздать условия микрогравитации и исследовать поведение в них различных частиц, химических веществ и микроскопических живых организмов. Это позволит ученым исследовать некоторые области без необходимости отправки объектов исследований в космос, кроме этого, новая технология позволит манипулировать объектами, которые очень чувствительны к загрязнению, не прикасаясь к их поверхности.

Следующим шагом, которые собираются сделать ученые, станет модернизация технологии «тепловой» левитации для того, чтобы при ее помощи можно было поднимать объекты, размером более 1 сантиметра. Кроме этого, ученые будут искать способы управления несколькими объектами, помещенными в одно «левитационное поле» для того, чтобы заставить эти объекты взаимодействовать друг с другом и с окружающей средой.

Загадки

Ученым удалось поднять в воздух лишь мелкие предметы. Но они всего лишь приоткрыли дверь в тайны цивилизации. При этом, они поняли главное – это возможно. И не только для того, чтобы поднимать в воздух мелкие предметы, но и гипотетически, для подъема огромных объектов.

Читать еще:  Какая газовая колонка лучше и надежнее по мнению специалистов и пользователей

Теперь осталось понять, какая энергия была использована в древности для получения сверхнизких температур. А заодно – открыть принципы получения более мощной левитации.

Сила звука: акустическая левитация

Британские ученые физики из Университета в Бристоле разработали акустический левитатор, способный при помощи одного ультразвукового луча поднимать в воздух и удерживать объекты больше длины волны.

Британские ученые тм физики из Университета в Бристоле разработали акустический левитатор, способный при помощи одного ультразвукового луча поднимать в воздух и удерживать объекты больше длины волны. Авторы заявили об успешном эксперименте месяц назад на страницах Physical Review Letters.

Как сообщают физики, им удалось осуществить эксперимент, благодаря созданию акустического вихря, который заставил взлететь и удерживаться над поверхностью излучателя шар диаметром полтора сантиметра.

Если вы не в курсе, то раньше длина волны была принципиальным, фундаментальным ограничением для однолучевых акустических левитаторов. Ещё раньше проблемой было само создание левитатора, использующего один луч.

Для получения эффекта применяли два источника ультразвука. Тема показалась мне интересной и значимой. Под катом подробнее об акустической левитации объектов и исследовании британцев.

Несколько слов об акустической левитации

Вики определяет акустическую левитацию, как

“устойчивое положение весомого объекта в стоячей акустической волне.”

Это явление известно с 1934 года, когда его теоретически доказал Л.Кингом, позже в 1961 г. выводы о возможности явления сделаны Л.П.Горьковым.

Суть принципа, на котором работают акустические левитаторы, заключается в создании интерференции когерентных звуковых волн, которая приводит к возникновению локальных областей повышения давления. Благодаря этому тело может удерживаться в той или иной области пространства, а также перемещаться.

Ученые, которые занимаются темой акустической левитации, верят в большое будущее этого явления. Футуристические проекты предполагают подъем и перемещение различных объектов, оснащение левитаторами системы управления складами, применение в портах и на производствах.

Однако до такой массы и размеров левитаторам пока очень далеко. Одна из областей, где такие устройства смогут проявить себя в ближайшее время — это фармакологические технологии, где для повышения степени очистки веществ существует необходимость в акустической левитации.

Лирическое отступление
В детстве, в далёких 90-х, мне доводилось играть в космическую цивилизационную стратегию Ascendancy. В ней планеты можно было оснащать т.н. tractor beam (захватным лучом), который был способен притягивать объекты из космоса. Удивился, когда дожил до момента изобретения похожего, пусть и миниатюрного, устройства.

Как размер перестал иметь значение

Ранние однолучевые акустические левитаторы разрабатывались различными учеными, в т.ч. Азьера Марцо (Asier Marzo) из Бристоля и бразильцем Марко Аурелио Бриццотти Андраде из университета Сан-Паулу. Они смогли добиться левитации объектов диаметром не более 4 миллиметра. Максимальный размер предметов, которые поднимал в воздух такой левитатор, должен был быть меньше длины стоячей волны.

На этот раз бристольские ученые смогли преодолеть это принципиальное ограничение, используя специальный алгоритм управления излучателями.

Благодаря системе управления излучением, полусферической форме и точному расчету мощности источников ультразвукового излучения получилось создать акустические вихри, способные удержать крупный предмет.

Новый сферический левитатор объединяет 192 ультразвуковых излучателя с частотой 40 кГц (длина волны при н.у. составляет 0,87 см). Излучатели смонтированы на внутренней поверхности сферы диаметром 192 мм.

Благодаря алгоритму управления ультразвуковыми сигналами создаются несколько вихрей с одинаковой спиральностью и различными направлениями. В зоне их действия возникают локальные области высокого давления, удерживающие объект.

Максимальный диаметр шара, который поднял в воздух бристольский аппарат — 1,6 см, что практически в 2 раза больше, чем длина волны, которую создает прибор. Также устройство способно изменять скорость вращения шарика, за счет изменения направления ультразвуковых вихрей.

Неожиданные двухмерные эффекты

Эксперименты ученых продемонстрировали, что при фиксации одной из координат (например, когда предмет находится на поверхности), левитатор новой конструкции способен захватывать и вращать объекты, превышающие длину волны в 5-6 раз.

Этот эффект открывает новые возможности для применения устройств с акустическими вихрями. Предполагается их использование для создания центрифуг и лабораторных систем управления микро и макро частицами.

Итог

Успехи бристольской команды (Asier Marzo, Mihai Caleap и Bruce W. Drinkwater) показывают, что, вероятно, в ближайшем будущем акустические левитаторы будут применяться для создания лабораторного, а позже и промышленного оборудования.

Возможно, в обозримом будущем акустическая левитация сможет заменить магнитную, которая сегодня активно применяется для создания оригинального дизайна различных устройств, в том числе акустических систем и проигрывателей винила.

Не исключено, что когда-нибудь человечество увидит и мощный акустический tractor beam (как в Ascendancy), способный фиксировать и перемещать действительно крупные объекты. опубликовано econet.ru

Если у вас возникли вопросы по этой теме, задайте их специалистам и читателям нашего проекта здесь.

Понравилась статья? Напишите свое мнение в комментариях.
Подпишитесь на наш ФБ:

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector