Ультразвуковая волшебная палочка

12.01.2015

"Вингардиум левиоса" - таким заклинанием пользовались персонажи из сказочного сериала про Гарри Поттера, чтобы взмахом волшебной палочки заставить предметы летать по воздуху. Но пока писатели и режиссеры придумывают новые фантастические истории, наука шаг за шагом воплощает в жизнь вещи, казавшиеся ранее невозможными. На этот раз дело коснулось перемещения предметов по воздуху, или левитации. Левитацией можно назвать такой физический эффект, при котором предмет без видимой опоры находится или перемещается в воздухе. Например, если обычный магнит поместить над сверхпроводящим материалом, который перед этим был охлажден до низкой температуры, то случится "чудо" - магнит будет свободно парить в воздухе на небольшой высоте. Связано это с особым поведением магнитного поля в сверхпроводниках.

Такое явление, хотя и весьма любопытно, для практического использования малопригодно: потребность перемещать магниты над охлажденным до температуры жидкого азота сверхпроводником возникнет далеко не у каждого. Совсем другое дело, если будет придуман способ бесконтактно перемещать любые объекты, независимо от их природы. Такое изобретение будет широко востребовано в тех областях, где важна чрезвычайная чистота материалов. Например, в фармацевтике или микроэлектронике: там любой лишний контакт с материалом может занести в него нежелательные примеси. Физики из университета Сан-Пауло в Бразилии предложили способ, с помощью которого можно заставить небольшие объекты не только парить в воздухе, но и перемещать их в нужном направлении.

Чтобы преодолеть силу тяжести, исследователи использовали давление, которое оказывают звуковые волны. Ощутить силу звука можно, если встать напротив мощной колонки, работающей на полную громкость. Звук представляет собой колебание, возникающее в какой-либо среде. Это может быть воздух, вода или твердые материалы. В космосе звуковых волн нет, потому что отсутствует среда, в которой они могут распространяться: вакуум - это молчаливая пустота. С физической точки зрения передача звука в воздухе представляет собой движение областей высокого и низкого давления. Колебания давления создают силу, которая может воздействовать на механические объекты. Так устроено наше ухо, где звуки окружающего нас мира передаются в мозг через колебания барабанной перепонки.

Теперь надо вспомнить еще одну особенность колебаний - существование стоячих волн. Простейший пример: если закрепить один конец длинной веревки, а другой перемещать с постоянной частотой вверх-вниз, то некоторые точки веревки будут оставаться неподвижными. Образование такой стоячей волны происходит вследствие наложения двух волн - исходной, созданной движением свободного конца веревки, и отраженной волны. Эффекты, возникающие при наложении звуковых волн друг на друга, легли в основу разработанного метода ультразвуковой левитации. Излучатель испускает ультразвуковые волны, которые отражаются от расположенной на некотором расстоянии поверхности. Излученные и отраженные волны складываются, образуя что-то вроде коридора, в котором чередуются области высокого и низкого давления. Если предмет попадает в область стоячей ультразвуковой волны, энергии волн хватает, чтобы компенсировать силу тяжести, и мы наблюдаем эффект левитации.

Несмотря на то, что метод ультразвуковой левитации начал развиваться несколько лет назад, добиться стабильного удержания предметов в воздухе было весьма не просто. Долгое время не удавалось создать стабильную стоячую ультразвуковую волну достаточной мощности: небольшое перемещение излучателя или отражателя - и эффект пропадал. Чтобы решить эту задачу, Марко Андраде (Marco Andrade) и его коллеги использовали принцип формирования стоячих волн, основанный на многократном отражении. Они изготовили специальный вогнутый отражатель ультразвука, с помощью которого удалось достигнуть левитации небольших пластиковых шариков без точной настройки системы. Даже если держать отражатель волн в руке, эффект левитации не пропадает - еще недавно это казалось невозможным. Такая технология имеет уже гораздо больше шансов на реальное применение.

<< Назад: Твердотельный накопитель Plextor M7e 13.01.2015

>> Вперед: Смартфон Samsung Galaxy A7 12.01.2015

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Токсичность интернета преувеличена 07.01.2026

Социальные сети нередко воспринимаются как арена постоянной агрессии, оскорблений и распространения фейковой информации. Новое исследование Стэнфордского университета показывает, что реальность значительно отличается от популярного представления: интернет гораздо менее токсичен, чем многие пользователи считают. Ученые опросили более тысячи американцев, попросив их оценить долю пользователей соцсетей, которые ведут себя агрессивно или распространяют ненависть. Оказалось, что впечатления людей сильно преувеличивают масштабы проблемы. Например, респонденты считали, что почти половина пользователей Reddit хотя бы раз оставляла оскорбительные комментарии, тогда как фактические данные платформы показывают, что таких людей не более 3%. Аналогичная ситуация наблюдается с дезинформацией. Опрос показал, что большинство участников считали почти половину аудитории Facebook распространителями фейковых новостей, однако статистика говорит об обратном: фактическая доля таких пользователей состав ...>>

Процессоры Ryzen AI 400 07.01.2026

Современные вычисления все больше ориентируются на интеграцию искусственного интеллекта и высокую производительность в компактных устройствах, таких как ноутбуки и мини-ПК. Новая линейка процессоров AMD Ryzen AI 400 демонстрирует, как разработчики объединяют мощные центральные ядра, графику и нейросетевые ускорители в одном чипе, чтобы удовлетворять растущие потребности пользователей в играх, контенте и ИИ-приложениях. AMD представила процессоры серии Gorgon Point, которые включают до 12 ядер Zen 5 и до 24 потоков вычислений. Чипы поддерживают интегрированную графику RDNA 3.5, обеспечивают максимальную тактовую частоту до 5,2 ГГц и имеют энергопотребление от 15 Вт до 54 Вт. Особое внимание уделено NPU, способному обрабатывать до 60 триллионов операций в секунду (TOPS), что делает эти процессоры эффективными для задач с искусственным интеллектом. Конструкция Ryzen AI 400 сочетает ядра Zen 5 и Zen 5c, обеспечивая высокую гибкость и производительность. Несмотря на то, что архитектур ...>>

Женщины лучше распознают признаки болезни по лицу 06.01.2026

Способность распознавать, что кто-то нездоров, часто проявляется интуитивно: бледная кожа, опущенные веки, уставшее выражение лица могут сигнализировать о недомогании. Новое исследование международной группы ученых показало, что женщины в среднем точнее мужчин улавливают такие тонкие невербальные признаки болезни, что может иметь эволюционные и социальные объяснения. В отличие от предыдущих работ, где использовались отредактированные фотографии или имитация больных лиц, ученые решили проверить, насколько люди способны распознавать естественные признаки недомогания. Такой подход позволил оценить реальную чувствительность к изменениям в лицах, возникающим при болезни. В исследовании приняли участие 280 студентов, поровну мужчин и женщин. Участникам предложили оценить 24 фотографии, на которых изображены люди как в здоровом состоянии, так и во время болезни. Это дало возможность сравнить восприятие естественных признаков недомогания в реальных лицах. Для анализа состояния каждого ...>>

Робот LG CLOiD 06.01.2026

LG представила своего нового работа CLOiD. Его возможности выходят за рамки простого выполнения команд - он способен адаптироваться к образу жизни владельца и управлять подключенными бытовыми приборами. LG CLOiD объединяет два ключевых направления корейской компании: платформу роботизированной помощи LG Q9 и экосистему умного дома LG ThinQ. На демонстрации робот показал, что умеет готовить завтрак: доставать молоко из холодильника, помещать круассан в духовку и выполнять другие кулинарные задачи. Кроме того, CLOiD может самостоятельно запускать стирку, после сушки складывать одежду и раскладывать ее по шкафу. Таким образом, робот подстраивается под повседневные привычки хозяев и может управлять всеми совместимыми устройствами, подключенными к сети. Конструкция LG CLOiD специально адаптирована для работы в жилых помещениях. Основной блок робота соединен с телом, оснащенным двумя шарнирными руками-манипуляторами, а базируется он на колесной платформе с функцией автономной навигации ...>>

Твердотельные батареи без потерь от замерзания ионов 05.01.2026

Энергетика и электроника сегодня все больше зависят от надежных и безопасных источников энергии. Твердотельные батареи рассматриваются как ключ к следующему этапу развития портативных и стационарных устройств, однако традиционные подходы сталкиваются с фундаментальной проблемой: при затвердевании электролита движение ионов замедляется или полностью останавливается. Новое исследование ученых из Оксфордского университета и их партнеров может изменить это представление и открыть путь к созданию безопасных и эффективных твердых аккумуляторов. В своей работе исследователи разработали новый класс органических электролитов, которые сохраняют высокую ионную проводимость независимо от состояния - жидкого, жидкокристаллического или твердого. Такие материалы получили название "электролиты, независимые от состояния" (state-independent electrolytes, SIE). Аспирантка Джульетт Барклай, первый автор исследования, отмечает, что это доказывает возможность проектировать органические молекулы так, чтоб ...>>

Случайная новость из Архива Летучие мыши запоминают акустическую карту своего ареала 10.11.2024 Летучие мыши обладают уникальной способностью находить дорогу в полной темноте, используя свою эхолокацию, которая позволяет им ориентироваться без света. Новое исследование, проведенное международной командой ученых из Тель-Авивского университета и Еврейского университета Иерусалима, показало, что эти животные не только полагаются на эхолокацию, но и сохраняют в памяти детализированную акустическую карту своего ареала обитания. Проведенный эксперимент ставит вопрос: могли бы люди ориентироваться в темноте в радиусе трех километров, полагаясь только на один фонарик? Летучие мыши сталкиваются с подобной задачей каждую ночь, используя для навигации ультразвук вместо света. Команда ученых под руководством Аи Гольдштейн изучала, как летучие мыши вида Pipistrellus kuhlii определяют свое местоположение в темноте и возвращаются к месту ночлега. Эксперимент был проведен в долине Хула в Израиле. Для исследования ученые отловили 76 летучих мышей весом всего около 6 граммов каждая. Каждое животное было помечено небольшим GPS-датчиком системы ATLAS, который обеспечивал отслеживание их передвижений в режиме реального времени с высоким разрешением. Летучих мышей перемещали на различные точки в радиусе трех километров от места их обычного ночлега, но при этом они оставались в пределах своего привычного ареала. Результаты удивили исследователей: 95% летучих мышей сумели вернуться в свои пещеры всего за несколько минут, используя преимущественно свою эхолокацию. Однако вскоре стало очевидно, что при возможности животные также пользуются зрением для уточнения маршрута. "Это было неожиданностью для нас", - говорит Ая Гольдштейн. "Мы не ожидали, что летучие мыши с такими маленькими глазами будут частично полагаться на зрение, особенно в ночное время". Исследователи тщательно проанализировали, как летучие мыши ориентируются в пространстве, используя эхолокацию. Животные собирают акустическую информацию о своей среде и различают такие объекты, как деревья и дороги, которые служат для них ориентирами. Эти объекты играют роль своеобразных "акустических меток", помогающих летучим мышам корректировать свой путь. Когда животное точно определяет свое местоположение, оно переключается с хаотичного, синусоидального полета на направленный, стремясь к своей цели. Команда ученых пришла к выводу, что летучие мыши хранят в памяти подробную ментальную карту своего ареала обитания, что позволяет им эффективно ориентироваться. Они постоянно сравнивают полученные в реальном времени данные от эхолокации с сохраненными в памяти ориентирующими метками. Эта способность - одна из ключевых для их успешной навигации и выживания. Неожиданным для ученых стало открытие, что, помимо эхолокации, летучие мыши активно используют зрение для ориентирования. Хотя их глаза маленькие и не предназначены для высококачественного ночного зрения, они помогают улучшить точность навигации. Это открытие подчеркивает, насколько сложна и многогранна система ориентации у этих животных.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2026