Левитация предметов: Левитация без магии: как физики заставляют предметы парить в воздухе

Что такое магнитная левитация и как это возможно

Что такое магнитная левитация и как это возможно

Магнитная левитация — технология, метод подъёма объекта с помощью одного только магнитного поля. Магнитное давление используется для компенсации ускорения свободного падения или любых других ускорений.

Слово «левитация» происходит от английского «levitate» – парить, подниматься в воздух. То есть левитация — это преодоление объектом гравитации, когда он парит и не касается опоры, не отталкиваясь при этом от воздуха, не используя реактивную тягу. С точки зрения физики, левитация — это устойчивое положение объекта в гравитационном поле, когда сила тяжести скомпенсирована и имеет место возвращающая сила, обеспечивающая объекту устойчивость в пространстве.

В частности магнитная левитация — это технология подъёма объекта с помощью магнитного поля, когда для компенсации ускорения свободного падения или любых других ускорений используется магнитное действие на объект.

Именно о магнитной левитации и пойдет речь в данной статье.

Магнитное удержание объекта в состоянии устойчивого равновесия можно реализовать несколькими способами. Каждый из способов имеет свои особенности, и к каждому можно предъявить претензии, вроде «это не настоящая левитация!», и так оно на самом деле и будет. Настоящая левитация в чистом виде недостижима.

Так, теорема Ирншоу доказывает, что, используя только ферромагнетики, невозможно устойчиво удерживать объект в гравитационном поле. Но несмотря на это, с помощью сервомеханизмов, диамагнетиков, сверхпроводников и систем с вихревыми токами возможно достичь подобие левитации, когда какой-нибудь механизм помогает объекту сохранять равновесие, когда тот поднят над опорой магнитной силой. Однако обо всем по порядку.

Электромагнитная левитация с системой слежения

Применив схему на базе электромагнита и фотореле можно заставить левитировать небольшие металлические предметы. Предмет будет парить в воздухе на некотором расстоянии от неподвижно закрепленного на стойке электромагнита. Электромагнит получает питание, пока фотоэлемент, закрепленный в стойке, не затенен парящим предметом, пока на него попадает достаточно света от неподвижно закрепленного контрольного источника, это значит, что объект нужно притянуть.

Когда объект достаточно приподнят, электромагнит отключается, поскольку в этом момент тень от перемещенного в пространстве объекта падает на фотоэлемент, перекрывая свет источника. Объект начинает падать, но упасть не успевает, так как снова включился электромагнит. Так, отрегулировав чувствительность фотореле, можно добиться эффекта, при котором объект будет как-бы висеть на одном месте в воздухе.

На самом деле объект непрерывно то падает, то вновь немного приподнимается электромагнитном. Получается иллюзия левитации. На этом принципе основана работа «левитирующих глобусов» – довольно необычных сувениров, где к глобусу прикреплена магнитная пластина, с которой и взаимодействует электромагнит, скрытый в подставке.

Диамагнитная левитация

Графитовый грифель от простого карандаша является диамагнетиком, то есть веществом, которое намагничивается против внешнего магнитного поля. В определенных условиях происходит полное вытеснение магнитного поля из материала диамагнетика, например графитовый грифель обладает высокой магнитной восприимчивостью, и начинает парить над неодимовыми магнитами даже при комнатной температуре.

Для устойчивости эффекта магниты следует собрать в шахматном порядке (полюса магнитов), тогда графитовый стержень не выскользнет из «магнитной ловушки» и будет левитировать.

Редкоземельный магнит с индукцией всего 1 Тл может висеть между пластинами висмута, а в магнитном поле с индукцией 11 Тл можно между пальцами стабилизировать «левитацию» маленького неодимового магнита, поскольку руки человека являются диамагнетиком, как и вода.

Известен достаточно широко распространенный опыт с левитирующей лягушкой. Животное аккуратно помещают над магнитом, который создает магнитную индукцию больше 16 Тл и лягушка, демонстрируя диамагнитные свойства, фактически зависает в воздухе на небольшом расстоянии от магнита.

Левитация магнита над сверхпроводником (эффект Мейснера)

Пластина из оксида иттрия-бария-меди охлаждается до температуры жидкого азота. В этих условиях пластина становится сверхпроводником. Если теперь положить неодимовый магнит на подставку над пластиной, а затем подставку из под магнита вытащить, то магнит зависнет в воздухе — будет левитировать.

Даже небольшой магнитной индукции порядка 1 мТл достаточно чтобы магнит, будучи положен на пластину, приподнялся над охлажденным высокотемпературным сверхпроводником на несколько миллиметров. Чем выше индукция магнита — тем выше он поднимется.

Дело здесь в том, что одно из свойств сверхпроводника — выталкивание магнитного поля из сверхпроводящей фазы, и магнит, отталкиваясь от этого магнитного поля противоположного направления как-бы всплывает и продолжает парить над охлажденным сверхпроводником до тех пор, пока он не выйдет из сверхпроводящего состояния.

Левитация в условиях вихревых токов

Вихревые токи (токи Фуко), наводимые переменными магнитными полями в массивных проводниках также способны удерживать предметы в левитирующем состоянии. Например катушка с переменным током может левитировать над замкнутым кольцом из алюминия, а алюминиевый диск будет парить над катушкой с переменным током.

Объяснение здесь такое: по закону Ленца, индуцируемый в диске или в кольце ток будет создавать такое магнитное поле, что его направление станет препятствовать причине его вызывающей, то есть в каждый период колебаний переменного тока в индукторе, в массивном проводнике будет индуцироваться магнитное поле противоположного направления. Так, массивный проводник или катушка подходящий формы смогут левитировать все время пока включен переменный ток.

Аналогичный механизм удержания проявляется, когда неодимовый магнит роняют внутри медной трубы — магнитное поле индуцированных вихревых токов направлено противоположно магнитному полю магнита.

Ранее ЭлектроВести писали, что японская компания Lexus показала свой первый функционирующий прототип ховерборда – летающей доски для скейтбордистов.

По материалам: electrik.info.

Создана гибкая система левитации, не замечающая препятствий

Новое устройство для левитации, созданное инженерами из Университета Суссекса, позволяет управлять движением зависшего в воздухе предмета с особой изящностью. Оно справляется с препятствиями на пути звуковых волн, удерживающих объект над поверхностью. В принципе эта технология могла бы позволить буквально дирижировать танцем предметов в воздухе.

Напомним, что “Вести.Наука” (nauka.vesti.ru) подробно рассказывали о том, что такое ультразвуковая левитация и для чего она нужна. В двух словах речь идёт об удержании предмета в воздухе за счёт накатывающихся на него снизу ультразвуковых волн.

У этой технологии есть сугубо практические приложения: например, можно удерживать в воздухе образец, который не должен контактировать с твёрдыми поверхностями. Не нужно забывать и об эстетике: танец парящих в воздухе предметов мог бы стать очень красивым и прибыльным шоу.

Однако созданию по-настоящему гибких технологий, позволяющих свободно манипулировать летающими предметами, мешают два препятствия.

Во-первых, обычные устройства не позволяют удерживать объект в воздухе, если между ним и источником ультразвука находится препятствие. Помеха просто заслоняет источник ультразвуковых волн, и лишённый поддержки предмет падает на землю. Во-вторых, обычные установки могут удержать образец над поверхностью, но не позволяют свободно управлять его движением, чтобы он, например, покачивался в такт музыке.

Исследователи создали систему, которая решает первую проблему и отчасти вторую. Их установка получила название SoundBender, что можно перевести как “изгибатель звука”.

Пожалуй, самым важным элементом новой системы является ультразвуковая фазированная решётка. Она представляет собой несколько источников ультразвука, объединённых в особую структуру. Индивидуальное управление каждым излучателем в массиве позволяет создавать нужную картину звуковых волн и менять её по своему усмотрению.

Кроме того, устройство использует акустические метаматериалы. Они также отвечают за распространение звука, обеспечивая высокое пространственное разрешение генерируемой картины волн. Это также позволяет довольно точно контролировать передвижения парящего объекта.

Обе технологии уже применялись в системах ультразвуковой левитации. Однако новая разработка использует их одновременно и в таком сочетании, что они усиливают достоинства и компенсируют недостатки друг друга. Акустические метаматериалы позволяют создать детальную картину распределения звуковых волн в пространстве. Ультразвуковая фазированная решётка позволяет при необходимости быстро менять амплитуду и фазу ультразвука.

Сочетание этих подходов позволило реализовать концепцию самоизгибающихся лучей. Ранее она использовалась в строительстве для создания устойчивых к землетрясениям зданий или защиты от шума. SoundBender стал первым устройством, применяющим эту технологию в ультразвуковой левитации.

Ультразвуковые волны, генерируемые устройством, могут поддерживать предмет в воздухе, даже если им приходится огибать небольшие препятствия. Кроме того, технология позволяет управлять движением предметов более гибко, чем существующие аналоги. С помощью новой технологии можно манипулировать и нежёсткими объектами, например, пламенем свечи.

“Это значительный шаг вперёд в области ультразвуковой левитации и преодоление значительного недостатка, который мешает развитию [технологий] в этой области. Мы достигли невероятно динамичного и гибкого контроля [над левитирующим объектом], поэтому управление [его движением] в реальном времени находится всего в одном шаге”, – заявляет соавтор разработки Джанлука Мемоли (Gianluca Memoli).

Теперь авторы работают над тем, чтобы сделать управление подвешенным в воздухе предметом ещё более гибким. Конечная цель состоит в том, чтобы научиться буквально дирижировать его полётом.

Ещё одно направление исследований – сделать не только ультразвуковой, но и звуковой вариант технологии. Манипуляции звуком, позволяющие направить, скажем, музыку или речь со сцены куда захочется, несомненно найдут применение в индустрии развлечений.

К слову, ранее “Вести.Наука” рассказывали о других системах акустической левитации и об установленных ими рекордах.

Microsoft Xbox Series X адски дымит? Над консолью левитируют предметы? Это всё — фейки, хотя и смешные

Выход Microsoft Xbox Series X (а заодно и младшего брата Xbox Series S) породил множество мемов, в которых шутники пытаются заставить поверить в то, что новая консоль страдает от ужасных проблем. Например, мы уже писали о распространившихся в Сети роликах, будто Xbox Series X буквально дымит.

Подобные видео заставляют поверить, будто бы Series X настолько горяча, что может самовоспламениться. Но на самом деле всё проще: похоже, шутки ради люди просто пропускают через систему стоимостью $500 дым от вейпов, чтобы создать видимость возгорания и потроллить фанатов в социальных сетях.

Seeing people spread the video of the Xbox Series X console with smoke coming from it and.. it’s just vapor smoke https://t.co/0D52mz0MLt

— Nibel (@Nibellion) November 11, 2020

Стоит отметить, что намеренно пропускать через новую консоль водяной пар — вероятно, не лучшая идея по очевидным причинам. Однако мем зашёл настолько далеко, что его пришлось прокомментировать самой Microsoft в Твиттере: «Не верится, что мы вынуждены это говорить, но, пожалуйста, не пропускайте дым от вейпов через Xbox Series X. По любым вопросам поддержки, не связанным с вейпами, пожалуйста, ознакомьтесь с информацией на сайтах поддержки».

For any non-vape related support questions please check out the info here: https://t. co/3CVPbbNm6D

— Xbox (@Xbox) November 11, 2020

Идея о возгорании электроники не является чем-то совершенно неслыханным. Например, Ring только что отозвала некоторые из своих видеодомофонов, а ещё не стёрлась из памяти печально известная проблема с самовозгоранием батареи Samsung Galaxy Note 7, в результате которой продукт был отозван с рынка. Но устройства, которые имеют тенденцию к возгоранию, обычно питаются от батареи — и это явно не случай Xbox Series X.

Вчера распространилась и другая забавная вирусная публикация, в которой утверждалось, будто вентилятор Xbox Series X настолько мощный, что создаваемые им потоки воздуха могут заставить зависать в воздухе над консолью мячик для пинг-понга, создавая своего рода кинетическую скульптуру. Но на самом деле не похоже, что вентилятор Xbox Series X, каким бы габаритным он ни был, действительно способен создать достаточный воздушный поток для подобного.

Apparently it was faked.. pic.twitter.com/4CfBxpO2Md

— DireRaven97 (@DireRaven97) November 11, 2020

Учитывая, насколько нова Xbox Series X, некоторые проблемы с ней действительно могут быть выявлены, как и с любым другим новым оборудованием. Например, существуют отдельные случаи проблем с дисководом. Однако видео про дым или про зависшие над консолью предметы — фейки.

Если вы заметили ошибку — выделите ее мышью и нажмите CTRL+ENTER.

Движения руки использовали для управления акустической левитацией

Rafael Morales Gonzalez et al. / CHI EA 2020

Британские инженеры представили прототип игрового автомата, основанного на ультразвуковой акустической левитации. Он состоит из нескольких колец и парящего в воздухе небольшого шарика, который следует за положением пальца игрока благодаря датчику отслеживания движений руки. Разработка была представлена на конференции CHI 2020.

Ультразвуковая акустическая левитация основана на интерференции звуковых волн от множества источников, из-за которой в воздухе образуются стабильные области с различным звуковым давлением. В том числе в них образуются небольшие области с низким давлением, окруженные областью с высоким. Если в эту область поместить достаточно легкий и небольшой объект, он будет оставаться в ней, не падая. А регулирование амплитуд и фаз волн в массиве ультразвуковых источников позволяет сдвигать область с низким давлением и объект в ней в нужном направлении.

В основном акустическую левитацию рассматривают как основу для бесконтактных аппаратов, передвигающих небольшие предметы, требующие осторожного обращения. В частности, уже существуют прототипы паяльных аппаратов и манипуляторов для перемещения чипов на микросхемы с помощью этого эффекта. Но, как часто случалось с другими эффектными технологиями, инженеры также пытаются использовать его в развлекательных целях. Орестис Георгиу (Orestis Georgiou) из компании Ultraleap со своими коллегами создал простую игру, основанную на акустической левитации.

Сам аппарат для левитации имеет обычную для таких устройств конструкцию. Он состоит из двух массивов размером 9 на 27 излучателей, работающих на частоте 40 килогерц. Они направлены друг на друга и разнесены на расстояние 18 сантиметров. Между некоторыми излучателями инженеры вставили тонкие кольца из пластика или более массивные, состоящие из акустически прозрачной ткани (органзы или акрилового фетра). В качестве левитирующего предмета разработчики выбрали полистирольные шарики диаметром от одного до трех миллиметров, которые тоже являются стандартными для этой задачи.

Необычным установку делает управление левитирующим шариком. Для этого в ней используется датчик движения руки Leap Motion, который с помощью инфракрасных камер и излучателей в реальном времени создает трехмерную модель руки и передает команды массивам ультразвуковых излучателей

Игрок может управлять шариком, двигая указательный палец в нужном ему направлении и таким образом проводить его через кольца. При этом управление работает только выдвинутом большом пальце, а если его прижать к кисти, шарик останавливается.

Акустическую левитацию также используют при создании прототипов объемных экранов, причем за несколько лет они стали гораздо более совершенными. В 2016 году мы рассказывали о дисплее из нескольких неравномерно покрашенных шариков, работающем по принципу электронных чернил. А в 2019 году инженеры сначала создали экран, в котором шарики удерживают небольшое полотно для проекции, а затем смежная группа представила экран, в котором используется всего один шарик, но он двигается со скоростью несколько метров в секунду и вместе с высокоскоростным проектором позволяет рисовать в воздухе объемные цветные фигуры.

Григорий Копиев

Как научиться левитации предметов?

Левитация предметов – один из самых захватывающих и интересных видов фокусов. В наше время многие иллюзионисты могут продемонстрировать публике такие трюки.

Принцип левитации предметов заключается в их нахождении или перемещении в воздухе без видимой на то опоры. Это оптический обман зрения, который испытывают зрители.

Как научиться левитации предметов – главный секрет

Прежде чем показывать такие фокусы, следует их тщательно отрепетировать. Рекомендуется это делать перед зеркалом или снимать все на видео, чтобы видеть происходящее со стороны и исправлять недостатки.

Зрители должны наблюдать за процессом, находясь в нескольких метрах от сцены.

Не стоит начинать свою программу из слишком сложных номеров. Следует дать публике проникнуться духом магии и волшебства. Успех фокуса во многом зависит от того, насколько красиво и загадочно будут выглядеть действия.

Как левитировать предметы небольших размеров?

Рассмотрим, к примеру, фокус с левитацией скрепки. Для этого понадобиться:

• скрепка;
• нитка;
• соль;
• вода.

Для начала требуется развести в стакане солевой раствор в соотношении два к одному. Затем нужно взять обыкновенную нитку длинной около 40 см и оставить ее в данном растворе на сутки.

После того, как нитка достаточно пропиталась, ее необходимо повесить за кончик, чтобы она висела в ровном положении. Дождавшись полного высыхания, можно приступать к демонстрации чудес левитации.

Для этого нужно один конец нитки привязать к скрепке, а другой – к пальцу. Вместо скрепки можно взять иной негорючий предмет, но главное рассчитать его вес. Показать зрителям, что используется обычная нить и скрепка. После того, как нитка перестала раскачиваться, нужно ее поджечь. После сгорания остаются невидимые солевые кристаллики, которые помогают держать предмет на весу.

Для того чтобы понять, как научиться левитации предметов, не обязательно иметь какие-то сверхъестественные способности. Достаточно иметь желание, терпение и силу воли.

Левитация во сне

Каждый из нас испытывал прекрасное чувство, когда он левитирует во сне – ощущение легкости, парения над землей или взлета после разбега. Увидеть такие сны – большая радость. Ведь после них человек легко пробуждается, чувствует вдохновение и приподнятое настроение.

Основным толкованием левитации во сне является то, что человек, который видит данный сон, растет. Это означает не только физический рост, но и духовный.

 

Магнитная левитация высокотемпературного сверхпроводника

Актуальность

Ряд конференций последних лет рассматривает физические принципы, на основе которых можно было бы построить отечественную транспортную систему на основе магнитной левитации. Известно, что в Китае уже около 10 лет успешно эксплуатируется пассажирский поезд на магнитном подвесе маршрута Шанхай – Пудонг при скорости 430 км/ч. В связи с этим сотрудниками ИРЭ им. В. А. Котельникова РАН, где проводилась данная работа, была предложена тема магнитной левитации высокотемпературных сверхпроводников как безусловно актуальная, интересная и перспективная.

Цель работы: исследовать, как вес левитирующего объекта влияет на зазор между этим объектом и магнитной трассой.

Содержание работы

Работа была проведена в лаборатории магнитных явлений Института радиотехники и электроники им. В. А. Котельникова РАН. В основу работы была заложена модель магнитного подвеса на основе высокотемпературного сверхпроводника.

Была проведена серия экспериментов, в результате которых немагнитной линейкой измерялся зазор между криостатом с ВТСП и магнитной трассой при различных грузах, размещаемых на криостате.

При ширине магнитной трассы 10 см максимальная масса груза, которую может выдержать левитирующий высокотемпературный сверхпроводник, составляет около 3,5 кг.

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

Высокотемпературный сверхпроводник YBCO, криостат из пенопласта, алюминиевые (немагнитные) подставки под криостат, магнитная трасса из магнитных кубиков со стороной 10 мм и В=0,3 Тл, сосуд Дюара (термос) и жидкий азот, набор грузов, весы Vibra для измерения массы грузов (точность 0,001 г), немагнитная пластиковая линейка, скотч, компьютер с приложением Excel.

Выводы

• Определена зависимость величины зазора от массы груза.
• Изучен принцип магнитной левитации.
• Получен необходимый опыт работы с оборудованием.
• Созданы условия, необходимые для левитации сверхпроводника.

Перспективы использования результатов работы

Проект будет продолжен в направлении использования результатов исследования в транспортировке грузов.

Сотрудничество с вузом/учреждением при создании работы

Институт радиоэлектроники им. В. А. Котельникова РАН.

Управляемая левитация – это уже реальность с технологией SoundBender

Управляемая левитация – это уже реальность с технологией SoundBender

Научный коллектив из британского Университета Сассекса реализовал новую технологию, которая позволяет левитировать небольшие объекты под воздействием звуковых волн. Упрощенно говоря – технология SoundBender впервые в мире позволяет поднимать предметы в воздух с помощью ультразвука, обеспечивая при этом огибание препятствий и гибкое управление процессом.

Левитация – яркая демонстрация новой технологии

В общем смысле, под левитацией принято понимать такое преодоление гравитации, при котором объект просто парит над поверхностью, не касаясь при этом никаких опор. Привычный полет самолетов или птиц – это не левитация. Нередко левитацию ошибочно относят к сверхъестественным или мифическим понятиям. Тем не менее этот термин имеет вполне определенное научное определение, ведь для осуществления левитации необходимо наличие силы, которая будет компенсировать силу тяжести. В качестве источников такой силы могут выступать, например, струи газа, лазерные лучи, магнитные поля или звуковые колебания.

Авторы разработки демонстрируют возможности ультразвуковой левитации

Новая технология SoundBender, разработанная в британском Университете Сассекса профессором Ширамом Субраманяном и докторами Джанлукой Мемоли и Диего Мартинесом Пласенсией, находит свое применение во многих сферах, но именно благодаря ультразвуковой левитации привлекает к себе повышенное внимание. Реализация возможности поднятия в воздух твердых предметов и управления нежесткими объектами открывает множество новых перспектив в самых различных областях применения.

Научный прорыв – управляемые звуковые волны огибают препятствия

Основное достижение исследователей – это разработка технологии динамичного и гибкого управления звуковыми волнами с возможностью эффективного огибания препятствий. Подобные установки ультразвуковой левитации были известны и ранее, но, во-первых, они не позволяли удерживать объекты в воздухе при наличии препятствий на пути звука. А во-вторых, они не позволяли гибко управлять движением левитирующих предметов.

Левитирующий небольшой объект — звуковые волны огибают препятствие

Технология SoundBender – это гибридная система, объединяющая в особую структуру несколько источников звука – ультразвуковая фазированная решетка. Индивидуальное управление каждым источником и позволяет создавать управляемую «картину звуковых волн». Второй элемент гибридной системы SoundBender – это акустические метаматериалы, которые позволяют точно контролировать перемещение объектов. Комбинирование улучшенных структур источников звука и акустических метаматериалов позволило разработчикам получить «самоизгибающиеся лучи», которые и позволяют точно и гибко управлять левитирующими предметами.

Тактильная обратная связь за пределами препятствия

Ультразвуковая левитация имеет множество преимуществ перед левитацией с использованием, например, магнитных полей и поэтому может применяться практически ко всем объектам – включая жидкости и продукты питания. После осуществления научного прорыва исследователи сосредоточились на масштабировании своей технологии с целью управления более крупными объектами. Потенциально технология может даже обеспечить преодоление препятствий при перемещении предметов. Эта технология позволяет пользователям ощущать тактильную обратную связь за пределами препятствия, левитировать вокруг препятствия и манипулировать нежесткими объектами, такими как изменение направления пламени свечи.

Гибко управляемая ультразвуковая левитация

Успешная реализация, казавшейся фантастической управляемой левитации, может сразу же найти свое применение в различных сферах индустрии развлечений. Это и улучшенная интерактивность обучающих музейных экспонатов и настольных игр, это и возможность направлять запахи в указанные области и контролировать движение пламени свечи. Востребованной является также возможность синхронизировать движение левитирующих предметов с музыкой, а в дальнейшем – и произвольно манипулировать звуком, направляя речь и музыку в выделенные области пространства, с огибанием препятствий.

Естественно, что и в области науки новая технология может быть востребована, например, для исследования образцов в свободном парении, не касающихся стенок сосудов. Проект был финансирован за счет исследовательской и инновационной программы Европейского Союза «Горизонт 2020».

Левитация (С) Наталья Николаева

Источник данных Sussex

Как левитировать объекты со звуком (и ломать себе голову)

Наряду с личными реактивными ранцами для каждого мужчины, женщины и ребенка (конечно, почему бы и нет), левитация – одно из тех удобств, которые нам давно обещала научная фантастика, но уже есть еще не доставить, кроме поездов на магнитной высоте. Но в Аргоннской национальной лаборатории в Иллинойсе физик Крис Бенмор и его коллеги левитируют объекты с помощью необычного инструмента: звука. Это называется акустической левитацией, и после того, как ваш мозг сломался с помощью того, что кажется оптической иллюзией, он готов предложить достижения в области фармакологии, химии в целом и даже робототехники.

Это работает так: два рожка вибрируют со скоростью 22 000 раз в секунду, испуская звуковые волны в воздушную яму между двумя устройствами. «Когда эти две волны взаимодействуют, вы получите так называемую стоячую волну, поэтому они будут отменяться в одних местах и ​​будут усиливаться в других, создавая узлы и пучности», – говорит Бенмор из лаборатории Advanced Photon Source. «В тех конкретных местах, где они отменяются, вы кладете объект и можете его левитировать». Эти вертикально расположенные карманы нейтрализуют силу тяжести, поэтому Бенмор может добавлять крошечные шарики в воздух между двумя рогами, чтобы сформировать левитирующую струну, или даже распылять воду и наблюдать, как жидкость сливается в капли в карманах.

Эффект от маленьких шариков, парящих и вибрирующих в воздухе, завораживает. Но помимо развлекательной ценности, акустическая левитация помогает Бенмору и его команде заниматься наукой: они приостанавливают прием лекарств и наблюдают за взаимодействием молекул, направляя самый интенсивный источник рентгеновского излучения в Западном полушарии на акустический левитатор. «Что мы можем сделать, так это посмотреть на атомную структуру, в которой расположены все атомы», – говорит Бенмор. Это, по его словам, может «дать представление о том, какие условия необходимы для того, чтобы на самом деле сделать более эффективное лекарство», например, как сделать так, чтобы организм легче усваивал его.

Посмотрите видео выше, чтобы узнать больше о том, как работает акустическая левитация, для чего она может быть полезна и почему не стоит ожидать левитации в ближайшее время.

---

Другие замечательные истории WIRED

Как работает акустическая левитация | HowStuffWorks

Базовый акустический левитатор состоит из двух основных частей – преобразователя , который представляет собой вибрирующую поверхность, издающую звук, и отражателя . Часто преобразователь и отражатель имеют вогнутых поверхностей , чтобы помочь сфокусировать звук.Звуковая волна распространяется от преобразователя и отражается от отражателя. Три основных свойства этой бегущей отражающей волны помогают ей подвешивать объекты в воздухе.

Во-первых, волна, как и любой звук, представляет собой продольную волну давления . В продольной волне движение точек в волне параллельно направлению распространения волны. Это движение, которое вы увидите, если толкнете и потянете один конец растянутого Slinky. Однако на большинстве иллюстраций звук изображается как поперечная волна , которую вы бы увидели, если бы быстро переместили один конец Slinky вверх и вниз.Это просто потому, что поперечные волны легче визуализировать, чем продольные.

Во-вторых, волна может отскакивать от поверхностей. Это соответствует закону отражения , который гласит, что угол падения – угол, под которым что-то ударяется о поверхность – равен углу отражения – углу, под которым оно отрывается от поверхности. Другими словами, звуковая волна отражается от поверхности под тем же углом, под которым она ударяется о поверхность.Звуковая волна, которая ударяется о поверхность под углом 90 градусов, будет отражаться обратно под тем же углом. Самый простой способ понять отражение волн – представить себе обтяжку, прикрепленную к поверхности одним концом. Если взять свободный конец Slinky и быстро переместить его вверх, а затем вниз, волна пройдет по длине пружины. Как только он достигнет фиксированного конца пружины, он отразится от поверхности и вернется к вам. То же самое происходит, если вы толкаете и тянете один конец пружины, создавая продольную волну.

Наконец, когда звуковая волна отражается от поверхности, взаимодействие между ее сжатием и разрежением вызывает помехи . Сжатия, которые встречаются с другими сжатиями, усиливают друг друга, а сжатия, которые встречаются с разрежениями, уравновешивают друг друга. Иногда отражение и интерференция могут объединяться, чтобы создать стоячую волну . Кажется, что стоячие волны движутся вперед и назад или колеблются сегментами, а не перемещаются с места на место.Эта иллюзия неподвижности и дает название стоячим волнам.

Стоячие звуковые волны определяют узлов, , или области минимального давления, и пучностей, , или области максимального давления. Узлы стоячей волны лежат в основе акустической левитации. Представьте себе реку со скалами и порогами. В одних частях реки вода спокойная, в других – неспокойная. Плавучий мусор и пена собираются в спокойных участках реки. Чтобы плавучий объект оставался неподвижным в быстро движущейся части реки, его необходимо поставить на якорь или двигать против течения воды.По сути, это то, что делает акустический левитатор, используя звук, движущийся через газ вместо воды.

Размещая отражатель на правильном расстоянии от преобразователя, акустический левитатор создает стоячую волну. Когда ориентация волны параллельна силе тяжести, части стоячей волны имеют постоянное давление вниз, а другие – постоянное давление вверх. Узлы имеют очень небольшое давление.

В космосе, где мало гравитации, плавающие частицы собираются в узлах стоячей волны, которые спокойны и неподвижны.На Земле объекты собираются чуть ниже узлов, где давление акустического излучения или величина давления, которое звуковая волна может оказывать на поверхность, уравновешивает силу тяжести.

Для создания такого давления требуется нечто большее, чем обычные звуковые волны. В следующем разделе мы рассмотрим особенности звуковых волн в акустическом левитаторе.

физиков успешно левитируют большие объекты с помощью звуковых волн

Не только для волшебников больше

Развитие шинной промышленности было сосредоточено на минимизации трения между автомобилем и дорогой.Ключом к высокоскоростным концепциям, таким как Hyperloop, является устранение трения при транспортировке. Вот почему любые новые варианты наземного транспорта будут основываться на цели уменьшения или устранения трения.

Исследователи из Бразилии и Великобритании смогли левитировать 50-миллиметровую (2-дюймовую) твердую сферу из полистирола с помощью акустических волн. Эти волны раньше использовались для левитации объектов. Однако у них был порог. Размер объектов не превышал четверти длины акустической волны.Это также первый сферический объект, левитирующий акустически; более ранние объекты были проволочными или плоскими по форме. Для типов волн, которые используют исследователи, ультразвуковых волн с частотой выше 20 кГц, максимальный размер должен составлять 4 мм.

Breaking Ceilings

Тем не менее, их исследование, опубликованное в журнале Applied Physics Letters , обнаружило, что, комбинируя несколько ультразвуковых преобразователей, они могут левитировать объекты, размер которых намного превышает длину акустической волны.В их установке использовались три ультразвуковых преобразователя, расположенные как тренога. Исследователи определили, что изменение угла и количества преобразователей не влияет на способность установки левитировать большой объект.

Изображение предоставлено: Andrade et al. / Applied Physics Letters

Тем не менее, это не случай «чем больше, тем лучше». Причина левитации фактически меняет предыдущие эксперименты с маленькими объектами, в которых они были захвачены в узлах давления стоячая волна создается между преобразователем и отражателем.На этот раз три преобразователя создают стоячую волну в пространстве между преобразователями и сферой.

Предыдущие эксперименты использовали эту концепцию раньше, но это было для левитации плоского объекта, и его нужно было удерживать на месте с помощью центрального штифта. Конструкция штатива устраняет необходимость контакта с объектом.

Rise & Shine: 10 удивительных парящих предметов для дома

Левитирующие объекты, без сомнения, довольно увлекательны. Но как часто вам удается в стиле Гарри Поттера перемещать вещи в собственном доме? Эти объекты являются одними из самых крутых в технике домашней левитации, и для большинства из них вам даже не понадобится волшебная палочка.

Голландская компания CreaLev разработала технологию левитации для использования в таких потребительских проектах, как эти плавающие лампы. Лицензия на технологию была предоставлена ​​Los Concepts, которая разработала две линейки светильников с плавающими частями. Они дебютировали на Голландской неделе дизайна 2007 года, и все, кто их видел, хвалили их. CreaLev не сообщает подробностей о том, как работает их концепция левитации, но, скорее всего, она основана на магнитах.

Что касается бесполезных настольных принадлежностей, IFO 3000 хорош как никогда.Базовый блок поднимет в воздух несколько небольших предметов, которые продаются отдельно как «аксессуары» для базы. От вездесущего левитирующего земного шара до часов, фоторамки и меняющей цвет сферы – все эти дополнения впечатляют. Магнитное поле поддерживает непрерывное вращение плавающего объекта; когда он чувствует, что вращение замедляется, он нежным толчком запускает его снова. При цене около 100 долларов (включая глобус) и аксессуарах, доступных отдельно по 25 долларов за штуку, он достаточно доступен, чтобы любоваться им вблизи дома.

Левитрон даже более универсален, чем описанный выше поплавок; вы можете плавать практически любой объект на глубину четырех унций или ниже в его магнитном поле. База даже оснащена прожектором, так что вы можете осветить снизу любую дурацкую вещь, которую сочтете достойной плавания. Вы должны поместить свой предмет в специальную чашу, чтобы он плавал, но мы уверены, что ваша мягкая игрушка или та крутая модель самолета, которую вы сделали в старшей школе, не возражают.

Мы большие поклонники радиоуправляемых машин, но никогда не хотели, чтобы так сильно хотели их.Левитирующий радиоуправляемый автомобиль Axon устраняет эти надоедливые колеса и дает вам чистую, чистую скорость: 50 миль в час, если быть точным. Корпус сделан из того же пластика, что и NASA, и Nascar, так что вы знаете, что он сверхпрочный. Автомобиль парит на воздушной подушке от двух сверхмощных вентиляторов на его днище. Конечно, он обойдется вам в 250 долларов, но разве ваша вечная радость не стоит хотя бы столько?

Мы собираемся рискнуть и сказать, что это самый крутой гаджет, который вы увидите за весь день. Это долбаная волшебная палочка левитации. Конечно, он поднимет в воздух только несколько майларовых фигур, но согласитесь, что это все еще довольно круто. Он работает с статическим электричеством от мини-генератора Ван де Граафа внутри. Доступен в популярном магазине Think Geek за 27 долларов.

Эти левитирующие солонки и перцы от итальянского дизайнера Сона Моччи могут сделать любой обеденный стол похожим на столовую космической эры. Шейкеры опираются на маленькие плавучие платформы и выглядят как пушистые облака. Основание содержит неодимовые магниты, чтобы шейкеры оставались на плаву.

Говоря о пушистых облаках, концепт облачного дивана от D.K. & Wei выглядит самым удобным диваном на свете. К сожалению, это всего лишь концепция, но Дэвид Ку, член команды дизайнеров, надеется, что когда-нибудь она будет создана. Мощные магниты в основании будут удерживать облачную часть в воздухе. Концепция получила почетное упоминание на конкурсе дизайнеров, спонсируемом Yanko Design.

Этот парящий офисный стул весом 200 фунтов больше похож на трон, чем на удобные мягкие вещи, которые мы привыкли видеть в офисах.Он работает как судно на воздушной подушке и может легко перемещаться по комнате. От дизайнера Марин ван дер Полл «Председатель» выглядит очень классным продуктом, но мы не можем представить, чтобы увидеть его в магазинах в ближайшее время.

Британская компания Hoverit создала один из лучших дизайнов парящей мебели. И в отличие от другой парящей мебели, которую мы видели, эту действительно можно купить. Hoverit можно использовать как в помещении, так и на открытом воздухе, он доступен в нескольких цветах. Поскольку некоторые люди считают, что магниты улучшают здоровье, а другие считают, что длительное воздействие магнитных полей может нанести вред здоровью, этот потрясающий шезлонг, вероятно, будет окружен некоторыми спорами.Но мы все же хотели бы попробовать один и посмотреть, каково это – бездельничать в воздухе.

«Звуковые торнадо» могут левитировать людей с помощью нового акустического тракторного луча

Впервые физики обнаружили способ левитировать большие объекты – например, объекты размером с человека – с помощью акустического тягового луча.

Акустические лучи трактора работают за счет использования звуковой энергии для захвата частиц и подвешивания их в воздухе, согласно пресс-релизу Бристольского университета. Это дает им преимущество перед устройствами, использующими магнитную левитацию, которые могут с трудом захватывать небольшие или иным образом сложные объекты, такие как жидкости. Но, согласно CNET, они могли захватывать только небольшие объекты; : никогда не бывает больше длины волны звука.

Исследователи из Бристольского университета стали первыми, кто преодолел это ограничение по размеру, открыв путь для левитации людей. Согласно пресс-релизу, они создали систему быстро колеблющихся акустических вихрей – в основном крошечные звуковые торнадо с «смерчем» из громкого звука, окружающим внутреннее и совершенно бесшумное ядро. Статья с описанием исследования была опубликована в журнале Physical Letters Review .

«В будущем, благодаря большей акустической мощности, можно будет удерживать даже более крупные объекты», – сказал в пресс-релизе Михай Калеап, старший научный сотрудник, разработавший моделирование. «Это считалось возможным только при использовании более низких частот, что делало эксперимент слышимым и опасным для людей».

Представьте себе что-то вроде гребли на каноэ – если вы гребете только с одной стороны, вы будете ходить по кругу. Но если вы будете грести быстро и равномерно с обеих сторон, вы пойдете прямо, поскольку противодействующие силы уравновешивают друг друга.

Когда звуковое поле вращается в любом направлении, часть его вращения переносится, чтобы повлиять на движение левитирующего объекта внутри него, заставляя такой объект вращаться все быстрее и быстрее, пока он не выйдет из-под контроля и эксперимент не удастся. Но, переключая направление вращения вперед и назад на высоких скоростях, уравновешивая его за счет противодействующих сил, исследователи обнаружили, что звуковой торнадо может удерживать объект в стабильном состоянии. Это позволило им сделать безмолвное ядро ​​торнадо еще больше, в конечном итоге захватывая сферу диаметром чуть меньше дюйма.Это самый крупный объект, когда-либо стабилизированный тяговым лучом.

Сфера, очевидно, намного меньше человека, но, по данным Huffington Post, впервые было доказано, что притягивающий луч физически может удерживать объекты, размер которых превышает длину волны.

«Исследователи акустики были разочарованы ограничением размера в течение многих лет, поэтому приятно найти способ его преодолеть», – сказал в пресс-релизе ведущий автор Асьер Марцо, исследователь из факультета машиностроения Бристольского университета.«Я думаю, это открывает двери для многих новых приложений».

Принцип работы виртуальных вихрей: сплетенные короткие вихри противоположных направлений испускаются для захвата и стабилизации частицы. Бристольский университет

Исследователи полагают, что их работа будет способствовать практическому применению, в том числе на линиях бесконтактного производства, на которых чрезвычайно хрупкие предметы можно изготавливать, даже не прикасаясь к ним. Это также может улучшить факторы риска опасных хирургических операций, когда микроскопические устройства необходимо имплантировать в тело пациента.

Другая группа исследователей недавно создала способ создания реальной технологии маскировки ; Скрестив пальцы, можно сказать, что следующий прорыв, предсказанный «Звездным путем » , связан с обращением вспять глобального потепления.

Ученые поднимают в воздух самый большой объект с помощью акустического тягового луча, который однажды может сработать для людей

Тракторные лучи, не так давно ставшие предметом научной фантастики, превратились в реальность.Раньше ученые использовали акустические волны, чтобы заставить предметы волшебным образом левитировать, но только если они были очень маленькими. Теперь новый прорыв, о котором сообщают британские исследователи, открывает дверь для левитации гораздо более крупных объектов, возможно, однажды даже людей.

Обман гравитации

Есть несколько способов удерживать объекты в воздухе, заставляя их левитировать. Поезда на маглеве, например, буквально плывут по железнодорожным путям благодаря мощным электромагнитам. Также существуют оптические методы (лазеры) и даже тепловая левитация, которая использует разницу температур для подъема частиц.Однако ученые обнаружили, что использование акустических волн более привлекательно, поскольку вы можете захватывать неметаллы, будь то жидкие или твердые, и результат может быть захватывающим.

Предоставлено: Youtube / Smarter Every Day.

Акустическая левитация работает по принципу действия ультразвуковых волн от преобразователя, которые отражаются от отражателя. Взаимодействие между отраженными сжатиями создает стоячую волну, которая перемещается вперед и назад или вибрирует сегментами, а не перемещается с места на место.По сути, стоячая волна нейтрализует силу тяжести, и объект между датчиком и отражателем кажется плавающим.

Предоставлено: Sonic Levitation.

Проблема с акустической левитацией заключается в том, что предыдущие исследования всегда обнаруживали, что размер объекта ограничен размером используемой длины волны звука. Но теперь исследователи Бристольского университета могут найти способ преодолеть это ограничение.

«Исследователи акустики были разочарованы ограничением размера в течение многих лет, поэтому приятно найти способ его преодолеть.Я думаю, что это открывает двери для многих новых приложений », – говорится в заявлении Асьера Марцо из Бристольского департамента машиностроения.

Раньше, когда ученые пытались акустически левитировать более крупные объекты, они становились нестабильными и неконтролируемо вращались, вместо того, чтобы парить, пока в конечном итоге они не были выброшены, как обломки торнадо. Уменьшая частоту акустической волны до слышимого диапазона (ниже 20 кГц), можно левитировать более крупные объекты, поскольку длина волны увеличивается.Однако это также может стать опасным для людей, чьи уши теперь будут подвергаться воздействию низких частот.

В статье Physical Review Letters, исследователи показали, как быстро колеблющиеся акустические вихри – или «звуковые смерчи» – можно контролировать, изменяя направление вращения вихрей, тем самым стабилизируя притягивающий луч. Используя этот подход, команда испустила ультразвуковые волны с частотой 40 кГц, позволяя тракту пучка подвешивать в воздухе 2-сантиметровую полистирольную сферу.Это может показаться не таким уж большим, но сейчас это самый большой объект, когда-либо левитировавший.

Помимо того, что это невероятно круто, приложения включают в себя бесконтактное управление капсулами с лекарствами или микрохирургическими инструментами внутри человеческого тела. Бесконтактное управление особенно интересно, поскольку теперь хрупкие предметы можно собирать, не касаясь их. Более того, исследователи говорят, что они могут использовать этот метод для левитации даже более крупных объектов, возможно, даже людей.

«В будущем, благодаря большей акустической мощности, можно будет удерживать даже более крупные объекты», – сказал старший научный сотрудник Михай Калеап.

Верхние парящие объекты – Flyte

Верхние парящие объекты 2017

«Левитация» может превратить предметы домашнего обихода из обычных в почти волшебные. Новые достижения в области левитации делаются постоянно. Мы составили список, чтобы выделить некоторые из лучших и самых необычных вещей, созданных за последнее время в области левитации и дизайна.

FLYTE Levitating Bulb


Признанная одним из лучших изобретений журнала TIME 2016 года, фирменная левитирующая лампа FLYTE оснащена светодиодной лампой, изящно парящей над элегантным деревянным основанием. Светодиод получает питание по воздуху за счет индукции, позволяя лампочке загораться.

Левитирующий динамик «Making Weather»

Это оригинальное парящее облако работает как динамик Bluetooth и, в качестве дополнительной детали, оснащено чувствительными к звуку светодиодными лампами.

Левитирующая кашпо LYFE

Плавающий цветочный горшок FLYTE представляет собой красивую геодезическую кашпо, парящую над дубовым основанием. Парящая сеялка оснащена специальным резервуаром для предотвращения чрезмерного полива и идеально подходит для выращивания самых разных растений.

ZeroN Levitating Interface


Разработанный исследователями из Media Lab Массачусетского технологического института, ZeroN представляет собой левитационный интерфейс, то есть пространство с управляемой компьютером магнитной левитацией. Металлический шар парит над космосом, где им можно управлять одновременно вручную и с помощью компьютера.

Ховерборд

Гироуборды были концепцией в народном воображении на протяжении десятилетий! Одна компания экспериментирует с 2013 года и ей удалось левитировать свой ховерборд, хотя это все еще ограничено конкретными точками с неферромагнитными проводниками.

STORY Levitating Timepiece

Новейший проект FLYTE – это не только первые в мире левитирующие часы, но и уникальные из-за их вертикальной левитации. Металлический шар парит вокруг деревянной основы и позволяет настраивать различные режимы: обычная установка часов; таймер для повседневных дел; и режим путешествия для обратного отсчета до события в своей жизни.

Стол с плавающей запятой

«Плавающий стол»

Rock Paper Robot представляет собой тщательно продуманную матрицу деревянных кубиков, удерживаемых вместе с помощью магнитов.Стол стабилен, но искажается при прикосновении из-за того, что магниты движутся в направлении, к которому они прикасаются.

Магнитные вешалки Cliq

Вешалки Cliq латвийской конструкции выполняют свою функцию без крючка. Они также удобно складываются, соединяя свои магнитные вершины вместе. Практично и стильно!

Плавающая кровать

Эта парящая кровать стоимостью более миллиона долларов является скорее произведением искусства, чем практическим предметом.Тем не менее, его противодействующий гравитации матрас, который может выдержать почти одну тонну веса, является впечатляющим подвигом магнетизма.

.