Pesquisadores brasileiros demostram a levitação acústica de uma esfera.

Quando colocado num campo acústico, pequenos objetos experimentam uma força resultante que pode ser utilizada para levitação. Em um novo estudo, os investigadores têm demonstrado experimentalmente a levitação acústica de uma esfera de poliestireno sólido de 50 mm (2 polegadas) através de ondas de ultra-som-acústico que estão acima da freqüência da audição humana.

A demonstração é uma das primeiras vezes que um objeto maior do que o comprimento de uma onda acústica foi levitado acusticamente. Anteriormente, este feito só foi alcançado em alguns casos específicos, como objetos com formato de fio ou planos. No novo estudo, a esfera levitando é 3,6 vezes maior do que o comprimento de onda acústica de 14 mm usados aqui. Os pesquisadores, Marco Andrade e Julio Adamowski da Universidade de São Paulo, no Brasil, juntamente com Anne Bernassau em Heriot-Watt University, em Edimburgo, Reino Unido, publicaram um artigo sobre a levitação acústica.

A levitação de pequenas partículas em nível acústico de uma onda estacionária é bem conhecido, mas o tamanho máximo para levitar uma partícula pela pressão é cerca de um quarto do comprimento da onda acústica, "Andrade disse "Isto significa que, para um transdutor que opera na gama de ultra-sons (frequência acima de 20 kHz), o tamanho máximo que pode ser levitado é de cerca de 4 mm. Em nosso trabalho, nós demonstramos que podemos combinar vários transdutores de ultra-som para levitar um objeto significativamente maior do que o comprimento de onda acústica. Na nossa experiência, podemos aumentar o tamanho máximo do objeto a partir de um quarto do comprimento de onda a 50 mm, o que é aproximadamente 3,6 vezes o comprimento da onda acústica.

Apesar de existirem várias maneiras diferentes de suspender acusticamente um objeto, a maioria dos métodos utilizam um transdutor de ultra-sons, que converte sinais elétricos em ondas ultra-sônicas. A configuração atual usa três transdutores de ultra-sons organizados em forma de tripé em torno da esfera.

Como os investigadores explicam, o ângulo e o número de transdutores pode ser alterado, e isso não interfere na capacidade desta configuração de levitar objetos de grandes dimensões. A capacidade de levitar uma grande esfera ocorre porque os três transdutores produzem uma onda estacionária no espaço (duas ondas ou mais de mesma frequência e sentidos opostos) entre os transdutores e a esfera. Nos métodos anteriores, pequenos objetos são levitado por estarem presos nos nodos de pressão da onda estacionária, mas iste não é o caso aqui. "Num dispositivo típico de levitação, uma pequena partícula pode ser levitada no ponto de pressão de uma onda estacionária formada entre o transdutor e um refletor," Andrade explicou. "Ao invés de prender o objeto no ponto de pressão, a chave para levitar um objecto maior do que o comprimento de onda acústica é gerar uma onda estacionária entre o transdutor e o objeto.

Embora esta estratégia se baseie em trabalhos anteriores, o arranjo em tripé usado aqui fornece uma maior estabilidade."A ideia de levitar um objeto maior que o comprimento de onda acústica foi baseada no trabalho de Zhao e Wallaschek", disse Andrade. "Em seu artigo, eles mostraram que um objeto grande e planar pode ser levitado, gerando uma onda estacionária entre o objeto e o transdutor. No entanto, a sua configuração só foi capaz de fornecer forças acústicas verticais, e eles usaram um pino central em contato com o objeto para evitar que ele escape lateralmente. Usando três transdutores de ultra-som em uma configuração de tripé, obtemos forças acústicas verticais e laterais. Consequentemente, podemos levitar um objeto maior que o comprimento de onda acústica, sem qualquer contato com superfícies externas ".

Utilizando o novo método, os investigadores demonstraram que a esfera pude ser levitada a uma altura de cerca de 7 mm, ou, aproximadamente, metade do comprimento de onda das ondas acústicas. Eles previram que o método pode ser usado para levitar esferas ainda maiores, e também pode ser estendido para levitar objectos de diferentes formatos e tamanhos, e em posições diferentes.

"No momento, só podemos levitar o objeto em uma posição fixa no espaço", disse Andrade. "Em trabalhos futuros, gostaríamos de desenvolver novos dispositivos capazes de levitar e manipular grandes objetos no ar." Este tipo de dispositivo até parece mágica, entretanto pode ter aplicações como efetuar medida em superfícies que são muito frágeis, como em reações químicas e processos biológicos, nos últimos trabalhos cientistas vem tentando manipular uma gota d’água, e usaram o método para mover uma gota de café, e uma gota d’água e juntar os dois. Pensando em larga escala, o dispositivo poderia ter aplicações industriais, como no manuseio de produtos químicos de alto risco.

Fonte: http://phys.org/news/2013-07-surfing-acoustic-video.html

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