
伦敦 - 音乐爆炸还不能完全使您脱离脚,但是用声音悬浮的液滴可能是朝这个方向迈出的第一步。一组研究人员在实验上展示了如何举起和旋转液滴,并用高频声波控制它们。
科学家开发了一种使液滴“舞蹈,”在空中徘徊,没有爆炸。这项成就可能导致潜在的生物学和药物应用,例如在极端环境中研究化学反应而不会通过接触,移动危险材料来干扰它们,并分析和测试新材料而没有受到污染的风险。它也可以用于地球上的微重力实验中。
该团队描述了该设备,以32.5千厄尔茨的频率在他们的论文中发表在《期刊》上物理评论信。瑞士联邦技术学院(ETH)的物理学家丹尼尔·森林(Daniele Foresti)说,声波在超声波范围内,无法听到人的耳朵听不到的,但大约在160分贝的爆炸,其中120 dB是人类听力的极限。 [查看在空中跳舞的液滴的视频这是给出的
声学或声波是压力波,其产生的力可以克服重力。
当声音传感器发出声波,而直接反射的反射器反射回本自身时,所产生的波被称为“常驻波”,一个带有一系列固定节点的固定节点,即使波浪振荡。节点的力可以抵消重力,使相对较重的物体在节点上方的一个位置上悬浮着水的密度。这种液滴悬停实验早在1970年代就进行了。 [重力的6个最奇怪的影响解释了这是给出的
但是Foresti及其同事不想只是在空中徘徊。他们想操纵它们,并以受控方式移动液滴。
Foresti说:“我们的概念是基于三个……由计算机控制的谐振器,它们可以在定义的空间中产生声波并改变其形状。”
科学家将谐振器以120度相对于彼此的圆圈。每个计算机控制的谐振器都以约32.5 kHz的频率形成声波,并且随着波形的形状变化,节点逐渐移动 - 悬停在它们上方的物体也会移动。该组件创造了一个受控的静电空间,类似于大约5-6厘米(2-2.4英寸)的盘的圆周圆周。” Foresti说。
为了控制液滴飞行的高度和哪种方式,人们只需要调整声波的振幅(波高),而无需修改相位或波浪相对于其起源的位置即可。换句话说,只需提高音量即可。这样,可以将液滴捕获,将其挤压成椭圆形的形状,使其在空气中悬挂时旋转,或者以受控的轨道运动驱动它而不会破坏它。 (研究人员一直在研究悬浮液滴并在空中移动一段时间,但是直到现在他们才设法使它们以受控的方式旋转,而没有弹出它们。
Foresti说:“通过调节声波,我们可以'旋转'内部悬浮场。” “该系统类似于三相电动机,但是在这种情况下,我们不改变信号的相位,而只会改变幅度。” (此类电动机依靠三个相同频率的交替电流,这些电流彼此之间的三分之一达到其峰值的峰值,因此波是偏移的。)
当前,旋转速度太慢,频率太高,无法使设备悬浮更大的物体。 “我们必须离开超声波范围并进入可听见的范围。” Foresti说。
潜在应用
科学家说,这项研究的含义很多。 Foresti说:“非接触式技术意味着与表面没有接触,因此没有污染:我们不必担心样品与特定材料接触。” “即使是尼龙和特氟龙也被证明会污染生物学测试。”
没有联系意味着没有摩擦,他补充说。成就也可以减少浪费的材料。特别是在小尺度上,水滴倾向于粘在表面上。毕竟,这就是表面变湿以及水如何“粘在玻璃上”的方式。他说:“采用非接触式方法,我们可以使用整个液体样品,而无需在容器的墙壁上浪费它们。”
最后,没有接触也等于自由访问:在生物分析测量中,例如光谱法,,,,容器的存在会给测量带来噪声,并且是误差的潜在来源。但是,如果没有接触,就没有噪音。
未参与研究的英国布莱顿大学热力学工程学教授Marco Marengo表示,这项研究也可能导致生物学和医学上的应用。 Marengo说:“遗传操作很有趣,因为可以单滴将不同的DNA链接触。”
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