牛顿的棺材板儿又压不住了?

作者: Ivy

来源: 科学艺术研究中心

发布日期: 2022-02-28 12:09:38

本文介绍了声悬浮技术的原理及其应用,包括LeviZen桌面摆件的设计和功能,以及声悬浮技术在科学研究中的历史和现代应用。

自古以来,人类一直没有放弃与重力做抗争,我们发明了各种科技装置来帮助我们摆脱重力,也学会利用自己的视觉弱点来实现一些反重力场景的构建。例如,你是否见过悬停在半空中的水珠?《惊天魔盗团2》中雨水被控制的效果想必令很多人印象深刻,但在之前的公众号文章“‘漫舞’不慢,是你的眼睛没能跟上”中,我们已经为大家揭秘其背后的“频闪效应”原理,显然这种视错觉依旧不能真正做到使水珠悬浮在空中。

来自加州的设计团队Simplistyk推出了一款有趣的名为“LeviZen”的桌面摆件,将水珠轻轻滴在左侧悬浮器装置中间,水能自如地悬浮在空中,依次滴入更多,水珠还能自动纵向排列整齐。LeviZen还通过放置在悬浮器底部的两个点状LED,对准悬浮液滴使其发光,就好像光本身在悬浮一样。

那么这种神奇的现象是怎样做到的呢?还记得我们上一期“用一颗粒子绘制出可听、可看、可摸的‘全息’蝴蝶”中介绍过的声悬浮技术吗?这款LeviZen就是基于声悬浮领域先驱Asier Marzo早期作品TinyLev之上发展而出的多发射器单轴声学悬浮器。

声悬浮是一种利用来自高强度声波的声辐射压力使物质在重力作用下悬浮在空气中的方法。声波的连续振动使空气分子不断交替的压缩和松弛,导致大气压迅速产生起伏,而处在声场中的物体就会受到压强差产生的力的影响。

了解了这些原理,你就明白了LeviZen的奇妙构造。左侧的悬浮器是由上下对齐的两组扬声器构成,通过输入功率来换能发射出相同的两条人耳听不到的超声波来形成驻波;而右侧不起眼的小木盒才是悬浮液滴的“控制中心”,用来控制扬声器所发出的超声波。

现在的声悬浮已经逐步成为一项成熟的技术,可这种现象最初是如何被发现的呢?1866年,德国物理学家奥古斯特·昆特完成了一项声学实验,他制作了一个一端是发声器,另一端是挡板的有机玻璃管实验仪器,发声器发出的声波在遇到挡板后,反射形成了声驻波,以此来测量气体和液体介质中的声波长从而计算声速。

也是在这次实验过程中,他意外地发现了声波会使管中的尘埃颗粒悬浮舞动起来。根据我们上文介绍过的驻波原理,因为波腹和波节不同的气体流动,这些颗粒会在波腹的地方被吸起腾空,在无压强波节处则会落下。

目前,声悬浮这种真实的“魔术”在科学界也得到了广泛应用,它对物品材料及其尺寸的高包容性,成为了无容器运输、制药、纳米组件、生物样品悬浮的有力工具。未来我们也许将看到更多声悬浮在生活中的应用,更多的未解之谜也将缓缓揭开面纱。

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