Kuidas Akustilist Levitatsiooni Töötab

{h1}

Idee, et midagi sellist immateriaalset võib objekte tõsta, võib tunduda uskumatu, kuid see on tõeline nähtus. Vaadake, kuidas akustiline levitus kasutab heli omadusi, et tekitada tahkeid aineid, vedelikke ja raskemaid gaase.

Kui te ei reisi ruumi vaakumisse, on heli iga päev teie ümber. Kuid enamasti ei arvesta te tõenäoliselt seda füüsilise kohalolekuna. Kuulete helisid; sa ei puutu neid. Ainsad erandid võivad olla valju ööklubid, autod koos aknaributavate kõlarite ja ultraheli masinatega, mis pulbitsevad neerukive. Kuid isegi siis ei arvesta kõige tõenäolisemalt seda, mida tunnete ennast iseenesest, aga kui muudes objektides heli tekitavad vibratsioonid.

Idee, et midagi sellist immateriaalset võib objekte tõsta, võib tunduda uskumatu, kuid see on tõeline nähtus. Akustiline levitatsioon kasutab heli omadusi, et tekitada tahked ained, vedelikud ja rasked gaasid ujukiseks. Protsess võib toimuda normaalsel või vähendatud gravitatsioonil. Teisisõnu võib heli levitada kosmosesse objekte Maal või gaasiga täidetud ruumides.

Selleks, et mõista, kuidas akustiline levitatsioon töötab, peate esmalt veidi teadma gravitatsioon, õhk ja heli. Esiteks raskusjõud on jõud mis põhjustab objekte üksteisele meelitada. Lihtsaim viis raskust mõista on läbi Iisak'i Newtoni universaalse gravitatsiooni seaduse. See seadus sätestab, et kõik osakesed universumis meelitavad iga teise osakese. Mida massiivne on objekt, seda tugevamini meelitab see teisi objekte. Mida lähemal on objektid, seda intensiivsemalt nad meelitavad üksteist. Ühe tohutu objekt, nagu Maa, hõlbustab kergesti objekte, mis on selle lähedal, nagu näiteks puuviljadega õunad. Teadlased ei otsusta täpselt, mis põhjustab selle atraktiivsust, kuid usuvad, et see eksisteerib kõikjal universumis.

Teiseks õhk on vedelik mis käitub sisuliselt samamoodi nagu vedelikud teevad. Nagu vedelikud, on õhk valmistatud mikroskoopilistest osakestest, mis liiguvad üksteise suhtes. Õhk liigub ka nagu vesi - tegelikult mõned aerodünaamilised katsed toimuvad vee all, mitte õhus. Gaaside osakesed, nagu need, mis moodustavad õhku, on lihtsalt kaugemad ja liikuvad kiiremini kui vedelike osakesed.

Kolmandaks heli on vibratsioon mis liigub läbi keskmise, nagu gaasi, vedeliku või tahke objekti. Heli allikas on objekt, mis liigub või muudab kuju väga kiiresti. Näiteks kui võtate vastu kelli, kostab vibreeriv kell. Kui üks kell külg liigub välja, surub see õhu molekulid selle kõrval, suurendades rõhku selles piirkonnas. See kõrgem surve on suurem kui a tihendus. Kuna kell külg liigub tagasi, tõmbab see molekulid lahku, luues madala rõhu piirkonda nimega lahutusvõime. Kell kordab seda protsessi, luues korduvaid kompressioonide ja eraldusvõimaluste seeriat. Iga kordamine on üks lainepikkus heli laine kohta.

Heli laine liigub, kui liikuvad molekulid tõmbavad ja tõmbavad molekule ümber nende ümber. Iga molekul liigub selle kõrval üksteise järel. Ilma selle molekulide liikumisega ei saanud heli liikuda, mistõttu vaakumis puudub heli. Helitugevuse põhialuste kohta lisateabe saamiseks saate vaadata järgmist animatsiooni.

See sisu ei ühildu selles seadmes.

Klõpsake noolel, et liikuda järgmisele slaidile.

Akustiline levitatsioon kasutab heli reisides läbi vedelik - tavaliselt gaas - tasakaalus jõud gravitatsioon. Maal võib see põhjustada objektide ja materjalide lendamist õhus mittetoetatavaks. Ruumis võib see hoida esemeid püsivana, nii et nad ei liiguks ega triiviks.

Protsess tugineb helilainete omadustele, eriti intensiivsetele helilainetele. Vaatame, kuidas helilained muutuvad järgmises jaotises objektide tõstmiseks võimeliseks.

Heli levitatsiooni füüsika

Akustiline levitus kasutab helirõhku, et objektid ujuvad.

Akustiline levitus kasutab objektide jaoks helirõhku hulpima.

Põhiline akustiline levitaja omab kaht põhiosa - a muundur, mis on vibreeriv pind, mis teeb heli ja a peegeldaja. Sageli on anduril ja reflektoril nõgus pinnad, mis aitavad helitugevust keskenduda. Heli laine liigub andurist eemale ja põrkab reflektori. Selle reisi kolm peamist omadust, mis peegeldavad laine, aitavad selle objektid maha kinni hoida.

Esiteks, laine, nagu kõik heli, on a pikisuunas surve laine. Pikisuunaline lainepunkt on lainepunktide liikumine paralleelne sellega, mida laine liigub. See on selline liikumine, mida näeksite, kui te tõmbaksite välja ja tõmbaks välja venitatud Slinky ühe otsa. Kuid enamik illustratsioone kujutab heli kui põikisuunaline laine, mida te näete, kui kiiresti liigutate Slinky ühte otsa üles ja alla. See on lihtsalt sellepärast, et põikilaineid on lihtsam visualiseerida kui pikisuunalisi laineid.

Teiseks, laine võib põrgata maha pinnad. Sellest tuleneb, et peegelduse seadus, milles öeldakse, et esinemise nurk - nurk, millega midagi põrkub pinnale, - võrdub peegelduse nurk - nurk, millest see pind lahkub. Teisisõnu, heliriba põrkub pinnast samal nurga all, kus see pinnale lööb. Heliriba, mis ulatub 90-kraadise nurga all peaväljal, peegeldub sama nurga all otse tagasi. Laine peegelduse mõistmiseks on kõige lihtsam ette kujutada Slinky, mis on ühes otsas pinnale kinnitatud. Kui te võtsite Slinky vaba otsa ja liigutate seda kiiresti üles ja alla, liigub laine vedru pikkus. Kui see jõuab kevadise fikseeritud otsani, kajastub see pinnalt ja suunab teid tagasi.Sama asi juhtub, kui vajutate ja tõmbate kevadet ühe otsa, luues pikisuunalise laine.

Lõpuks, kui heliriba peegeldub pinnast välja, põhjustab selle kompressioonide ja haruldaste seoste vaheline interaktsioon sekkumine. Kompressioonid, mis vastavad teistele kompressioonidele, võimendavad üksteist ja maatriksid, mis vastavad haruldastele funktsioonidele, tasakaalustavad üksteist. Mõnikord võib peegeldus ja häired ühendada, et luua alaline laine. Püsivad lained liiguvad pigem segmentides edasi-tagasi või vibreerivad, mitte liiguvad ühest kohast teise. See nalja illusioon on see, mis annab nende nimele alalise laine.

On määratud kindlaks püsivad helilained sõlmedvõi miinimumrõhk, ja antinodesvõi maksimaalse rõhu piirkonnad. Alalise laine sõlmed on akustilise levitaatori keskmes. Kujutage ette jõgi kivimite ja kärestikega. Mõnes jõe osas on vesi rahulik ja teistes on see rahutu. Ujuv praht ja vaht kogunevad jõe rahulikus osas. Selleks, et ujuv objekt jääks jõe kiiresti liikuvas osas, tuleb see veevarustuse vastu kinnitada või liikuda. See on sisuliselt see, mida teeb akustiline levitaja, kasutades heli, mis liigub gaasi kaudu vee asemel.

Asetades reflektori andurist õige kauguse, loob akustiline levitaja püsiva laine. Kui laine orientatsioon on raskusjõu tõmbejõuga paralleelne, on püsiva laine osadel pidev allapoole suunatud rõhk ja teistel on püsiv tõusurõhk. Nõlmedel on väga vähe survet.

Ruumis, kus on vähe raskust, koguvad ujuvad osakesed püsisoone sõlmedes, mis on rahulikud ja püsivad. Maa peal objektid kogunevad allapoole sõlme, kus on akustiline kiirgusrõhkvõi rõhu hulk, mida heli laine võib pinnale avaldada, tasakaalustab raskusjõu tõmbe.

Kuidas akustilist levitatsiooni töötab: võib

Objektid hõõguvad mõnevõrra erinevas piirkonnas heli välja, sõltuvalt gravitatsiooni mõjust.

Selle surve hulga pakkumiseks kulub rohkem kui lihtsalt tavalised helilained. Järgmises jaotises vaadake, mis on akustiliste levitaatorite heli lainete puhul eriline.

Muud kasutused mittelineaarse helina jaoks

Mitmed meditsiinilised protseduurid tuginevad mittelineaarsele akustikale. Näiteks ultraheliuuringus kasutatakse mittelineaarseid efekte, mis võimaldavad arstitel uurida imikuid emakas või vaadata siseorganeid. Kõrge intensiivsusega ultraheli lained võivad pulbristada ka neerukive, söövitada sisemisi vigastusi ja hävitada kasvajaid.

Mittelineaarne heli ja akustiline levitatsioon

Tavalised püsivad lained võivad olla suhteliselt võimsad. Näiteks õhukanalis olev püsiv laine võib põhjustada tolmu kogumise laine sõlmedele vastava mustriga. Ruumi läbi reverberiseeriv püsiv laine võib vibreeruda oma teedel. Madalate sagedustega alalised lained võivad inimesi tunda ka närviliselt või ebaotstarbekalt - mõnedel juhtudel leiavad teadlased neid ehitistes, kus inimesed teatavad, et neid tuleb kummitada.

Kuid need tõud on väikesed kartulid võrreldes akustilise levitusega. See võtab palju vähem jõupingutusi, et mõjutada tolmu asetamist või klaasi purunemist, kui see võtab objektid maapinnast üles tõsta. Tavalised helilained on nende poolt piiratud lineaarne loodus. Laine amplituudi suurendamine muudab heli valjemaks, kuid see ei mõjuta lainekuju kuju ega põhjusta seda palju füüsiliselt võimsamaks.

Siiski on tavaliselt äärmiselt intensiivsed helid - nagu inimeste kõrvad füüsiliselt valulikud helid mittelineaarne. Need võivad põhjustada ebaproportsionaalselt suuri vastuseid ainetel, mida nad reisivad. Mõned mittelineaarsed mõjud on järgmised:

  • Moonutatud lainevormid
  • Shock lained, nagu sonic pommid
  • Akustiline voolamine või vedeliku pidev voog laine liigub läbi
  • Akustiline küllastus või punkt, mille juures aine ei saa enam heli laine energiast enam neelata

Mittelineaarne akustika on keeruline valdkond ja füüsilisi nähtusi, mis neid mõjusid põhjustavad, on raske mõista. Kuid üldiselt võivad mittelineaarsed mõjud ühendada, et muuta tugev heli palju võimsamal kui vaiksem. Nende mõjul mõjutab see, et laine akustiline kiirgusrõhk võib muutuda tugevaks, et tasakaalustada raskusjõu tõmbejõudu. Intensiivne heli on akustilise levitaatori jaoks keskne - paljudes levitaatorites töötavad andurid tekitavad heli üle 150 detsibelli (dB). Tavaline vestlus on umbes 60 dB ja valju ööklubi läheneb 110 dB kaugusele.

Helitava objekti levitatsioon ei ole päris sama lihtne kui peegli vahendi võimsusega andur. Teadlased peavad ka soovitud püsilaine loomiseks kasutama õige sagedusega helisid. Iga sagedus võib tekitada mittelineaarseid efekte õiges mahus, kuid enamus süsteeme kasutavad ultraheli laine, mis on liiga kõrged, et inimesed kuuleksid. Lisaks laine sagedusele ja mahule peavad teadlased pöörama tähelepanu ka paljudele teistele teguritele:

  • Anduri ja reflektori vaheline kaugus peab olema pool sellest lainepikkusest, mida andur toodab. See tekitab stabiilsete sõlmede ja antinodega laine. Mõned lained võivad toota mitut kasutatavat sõlme, kuid lähtes andurist ja peegeldist ei leidu objektidest levitatsiooni. Seda seetõttu, et lained loovad rõhutsooni peegeldavate pindade lähedale.
  • Sees mikrogravitatsioonikeskkond, nagu näiteks kosmos, peavad sõlmedes paiknevad stabiilsed alad olema ujuva objekti toetamiseks piisavalt suured. Maa peal peab kõrgsurvealad kohe sõlme peal olema piisavalt suured. Sel põhjusel peaks levitatav objekt mõõtma üht kolmandikku poolest heli lainepikkusest.Objektid, mis on suuremad kui kaks kolmandikku heli lainepikkust, on liiga suured, et neid levitataks - väli ei ole nende toetamiseks piisavalt suur. Mida kõrgem on heli sagedus, seda väiksem on objektide läbimõõt, mida saab levitada.
  • Objektid, mis sobivad levitatsiooniks, peavad olema ka õiges massis. Teiste sõnadega, teadlased peavad hindama objekti tihedust ja määrama, kas helilaine võib avaldada piisavalt survet raskusjõu tõmbe vastu.
  • Levitatava vedeliku tilgad peavad olema sobivad Võlakirja number, mis on suhe, mis kirjeldab vedeliku pinna pinget, tihedust ja suurust raskusjõu ja ümbritseva vedeliku kontekstis. Kui Bondinumber on liiga madal, langeb lohk.
  • Helitugevus ei tohi häirida vedelate tilkade pindpinevust, mida levitatakse. Kui heli välja on liiga intensiivne, langeb tilk sõõrikutesse ja seejärel lõhkub.

See võib tunduda nii palju tööd, et peatada väikesed esemed mõne sentimeetri kaugusel pinnast. Väikeste esemete - või isegi väikeste loomade - levitajate lühike vahemaa võib tunduda ka suhteliselt kasutuks. Kuid akustiline levitatsioonil on mitu kasutusala nii maas kui ka kosmoses. Siin on mõned:

  • Väga väikeste elektroonikaseadmete ja mikrokiipide tootmine hõlmab sageli roboti või kompleksseid masinaid. Akustilised levitaatorid saavad sama tööd teha heli manipuleerimisega. Näiteks levitatud sulametallid järk-järgult jahtuda ja kõveneda ning korralikult häälestatud heli väljakujunenud tahke objekt on ideaalne kera. Sarnaselt võib õige kujuga väli sundida plastikke hoiuma ja kõvenema ainult mikrokiibi õigetes piirkondades.
  • Mõned materjalid on korrodeerivad või reageerivad muul viisil keemiliste analüüside käigus kasutatavate tavapanumatega. Teadlased suudavad neid aineid akustilistes ruumides peatada, et neid uurida ilma konteinerite saastumise või hävitamise ohtu.
  • Vahtfüüsika uurimisel on suur takistus - gravitatsioon. Raskus tõmbab vedelikku vahtu alla, kuivatatakse ja hävitab. Teadlased võivad akustilistes ruumides vahu sisaldada, et seda ruumis uurida, ilma gravitatsioonihäireid mõjutamata. See võib aidata paremini mõista, kuidas vaht täidab selliseid ülesandeid nagu puhastamine ookeani vesi.

Teadlased jätkavad uute seadistuste väljatöötamist levitatsioonisüsteemide ja akustiliste levitaatorite uute rakenduste jaoks. Uuringute, heli ja seotud teemade kohta lisateabe saamiseks vaadake järgmisel lehel olevaid linke.

Muud Levitaatori seadistused

Kuigi levitaja, millel on üks andur ja üks reflektor, võib objekte peatada, võivad mõned seadistused suurendada stabiilsust või lubada liikumist. Näiteks on mõnel levitajatel kolm paari andureid ja helkureid, mis paiknevad piki X, Y ja Z telge. Teistel on üks suur saatja ja üks väike liikuv reflektor; peatatud ese liigub, kui reflektor liigub.


Video Täiendada: .




ET.WordsSideKick.com
Kõik Õigused Reserveeritud!
Mistahes Materjalide Reprodutseerimine Lubatud Ainult Prostanovkoy Aktiivne Link Saidile ET.WordsSideKick.com

© 2005–2019 ET.WordsSideKick.com