Левитация, или Полёты камней и мегалитов в воздухе. Александр МатанцевЧитать онлайн книгу.
манипулирование малыми объектами с использованием акустических волн. В литературе известны два варианта: левитация в стоячей волне и левитация в ближнем поле. В стоячей волне небольшие объекты могут «зависать» в узлах давления между излучателем и рефлектором.
Рис. 43. Схема ультразвуковой акустической левитации [28]
Рис. 43
В ближнем поле рефлектор замещается самим левитирующим объектом. Силы, возникающие в акустической стоячей волне, способны удерживать в подвешенном состоянии в газовой атмосфере и в иных земных условиях объекты массой в несколько граммов. Схема ультразвуковой акустической левитации показана на рис. 43.
На этом рисунке показано распределение акустического давления, акустической скорости и аксиальной подъемной силы в стоячей волне. Чтобы генерировать стоячую волну излучатель размещается на фиксируемой дистанции от рефлектора, которая в идеале делится на половину длины волны. В условиях микрогравитации объекты (частицы) должны позиционироваться точно в узловых точках (точках с нулевым акустическим давлением). Чтобы удовлетворить требованиям уравнения Бернулли, акустическая скорость и акустическое давление смещены на 90 0. Поэтому узлам акустического давления отвечает максимальная акустическая скорость. В узле акустического давления сила левитации равна нулю. В земной атмосфере взвешенные частицы будут позиционироваться ниже узла акустического давления и стабилизироваться силами левитации, возникающими в антисимметричной части волны акустического давления. В зависимости от выбранного узла стабильная левитация может наблюдаться в аксиальном потоке поднимающимся вверх или опускающимся вниз.
Другой подход к использованию ультразвука заключается в левитации планарных объектов вблизи поверхности манипулятора, снабженного высокочастотным излучателем. Эта технология называется левитацией в ближнем поле. В ближнем поле высокочастотного ультразвукового излучателя объект поднимается благодаря непосредственному излучению снизу. Он сам выполняет функцию рефлектора.
Центрирующие силы в ближнем поле могут быть получены различными способами: могут быть установлены под углом излучатели или может изменяться сила левитации.
Планарные объекты левитируют над ультразвуковым излучателем на расстоянии половины длины стоячей волны. Типичный профиль сил левитации показан на рис. 44.
Рис. 44. Типичный профиль сил левитации в ближнем поле [28]
Рис. 44
Из этого графика следует, что сила левитации в ближнем поле обратно пропорциональна расстоянию. В интервалах, кратных половине длины волны, имеются дополнительные пики, где объект может быть «подвешен». Однако подъемная сила очень сильно уменьшается с увеличением расстояния.
Главное преимущество ультразвуковой акустической левитации заключается в полной независимости от вида материала (проводник или