HERHANGİ
Sue Shi ve Scott Waitukaitis, akustik havaya yükselmenin temel sınırlamalarından biri olan “akustik çöküşü” başka bir kuvvet ekleyerek aştı: elektrik yükü.
Yer çekimine karşı koymayı ve nesneleri yerin üzerinde havada tutmayı kim hayal etmemiştir ki? Avusturyalı fizikçilerden oluşan bir ekip artık akustik havaya yükselmenin temel sınırlamasını aştı, Newton yasalarından birini “ihlal etti” ve birden fazla nesnenin havada “süzülmesini” sağlamak için sesi kullandı.
Nesnelerin havada kalmasını sağlamak için sesin kullanılması genellikle havaya uçarken işe yarar sadece bir parçacıkancak birkaç kişi olay yerine girdiğinde çöküyor ve havada bir küme oluşturuyorlar.
Avusturya Bilim ve Teknoloji Enstitüsü’nden (ISTA) fizikçilerden oluşan bir ekip, elektrik yükünü kullanarak onları uzak tutmanın bir yolunu buldu.
Geçen hafta dergide yayınlanan bir makalede sunulan çalışmanın sonuçları PNASuygulamaları olabilir malzeme bilimirobotik ve mikro mühendislik.
Em 2013, Scott WaitukaitisŞu anda ISTA’da yardımcı doçent olarak görev yapan Dr. akustik havaya yükselme çeşitli fiziksel olayları incelemek için bir araç olarak. O zamanlar yalnızca bir avuç araştırma grubu bu tekniği benzer amaçlarla kullanıyordu.
“Akustik kaldırma yöntemi kullanılmış olmasına rağmen akustik hologramlar ve hacimsel gösterimlerdeki yaklaşımlar oldukça uygulama odaklıydı. Tekniğin böyle olduğunu hissettim çok daha temel amaçlara hizmet edebilir”, Waitukaitis’i şöyle hatırlıyor: ifade AYNI’ya.
Waitukaitis, ISTA’da araştırma grubunu oluşturduktan sonra çeşitli deneyler oluşturmaya başladı. ses yoluyla maddeyi kontrol etmede.
“Akustik bozulmanın” üstesinden gelmek
Akustik havaya yükselmenin ilginç yönlerinden biri de yöntemin iyi çalışmasıdır yalnızca bir parçacık havaya kaldırıldığında. Bununla birlikte, eğer birden fazla parçacık sisteme dahil edilirse, havada mıknatıs gibi aniden bir araya gelirler.
öyle “akustik çöküş” Bunun nedeni, sesin parçacıklar içindeki dağılımının parçacıklar arasında çekici kuvvetler yaratmasıdır. Tekniğin merkezi bir sınırlamasıdır.
“Başlangıçta, havaya uçan parçacıkları ayırmanın bir yolunu bulmaya çalışıyorduk kristaller oluşturmak — belirli tekrarlayan kalıplar”, diye açıklıyor Sue ShiWaitukaitis grubundaki doktora öğrencisi ve çalışmanın ilk yazarı.
Bunu ancak sonradan anladılar çökme problemini çözparçacıkları ayrı tutmak, daha da önemliydi.
Anahtar içerideydi çöküşü önleyecek başka bir kuvvet ekleyin; ve sonra işte elektrik yükü ve elektrostatik itme devreye giriyor. Shi, “Sesi elektrostatik itme ile dengeleyerek parçacıkları birbirinden uzak tutmayı başardık” diye özetliyor Shi.
Parçacıkları yüklemek için bir yöntem geliştirdikten sonra ekip şunları buldu: Bu yükü ayarlayabilirim onları çeşitli konfigürasyonlarda havaya kaldırmak için – tüm parçacıkların ayrı kaldığı sistemler, tamamen çöktüğü sistemler ve hatta hem ayrı hem de çökmüş bileşenlerden oluşan “melezler” dahil.
Bilim adamları da başardı parçacıkların “sıçramasını” sağlayın kaldırma cihazının yüklü alt reflektör plakası üzerinde, böylece farklı konfigürasyonlar arasında geçiş yapılır.
ile işbirliği içinde Carl GoodrichISTA’da yardımcı doçent ve doktora öğrencisiyle birlikte Maximilian Huebl, ekip, ses saçılma kuvvetleri ile elektrostatik kuvvetler arasındaki dengeyi temel alarak gözlemlenen tüm konfigürasyonları açıklamak için simülasyonlar geliştirdi.
HERHANGİ
Parçacık, ISTA’daki Waitukaitis grup laboratuvarının akustik kaldırma sisteminde havaya kaldırılacak
Newton yasasını “ihlal etmek”
Bilimde sıklıkla olduğu gibi, ekibin tahmin edemediği bazı olaylardaha da ilginç olduğu ortaya çıktı. Gözlemlenen karmaşık davranışlardan bazıları, “Karşılıklı olmayan” etkileşimler – görünen durumlar Newton’un 3. yasasını “ihlal etmek”.
En çarpıcı durumlar arasında parçacıkların belli dizilimleri vardı. kendiliğinden dönüyor, veya birbirini kovalıyormuş gibi görünen parçacık çiftleri.
Kesinlikle konuşursak, Newton’un üçüncü yasası ihlal edilmez — parçacıkların kazandığı ekstra hareket miktarı ses nedeniyle kaybolur.
Önceki teorik çalışmalar bu tür etkilerin akustik kaldırma sistemlerinde mevcut olması gerektiğini zaten öngörmüştü, ancak gözlemlenmemiştiçünkü parçacıklar her zaman tek bir küme halinde çöküyordu.
“Eğer tek tek parçacıkların nasıl etkileşime girdiğini inceleyemezsiniz. ayrı tutmak“, Waitukaitis’in altını çiziyor. “Elektrostatik itmeyi devreye sokarak artık istikrarlı ve iyi ayrılmış yapıları koruyabiliyoruz. Bu nihayet bize kontrol edilebilir bir platform sağlıyorBen bu ince, karşılıklı olmayan etkileri araştırmak için.”
Ekip tarafından geliştirilen yöntem, havadaki maddeyi manipüle etmek için yeni olanaklar sunuyor. malzeme bilimindeki uygulamalarmikro robotlar ve diğer kontrollü yapıların oluşumuna bağlı alanlar ve küçük yapı taşlarından dinamikler.
Ekip, şu anda erişebildiği karşılıklı olmayan etkileri incelemek için bu yaklaşımı zaten kullanıyor.
“İlk başta sinir bozucuydu Bu hibrit konfigürasyonları, garip dönüşleri ve dinamikleri görmek, aradığım temiz, kararlı kristal yapıları elde etmekten beni alıkoydu” diye itiraf ediyor Shi.
Ancak sonuçlarını konferanslarda sunmak ve diğer bilim adamlarının coşkusunu görmek, bu fenomenleri başlı başına büyüleyici görmesine yardımcı oldu. “Deneylerin ilginç kısmı da bu: En ilginç keşiflerin çoğu tam olarak buradan geliyor. planlandığı gibi gitmeyen şeyler”.
Hatta bazen bilimin sihirli dokunuş.