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Feixes de trator acústicos reais prendem objetos no ar com ondas sonoras

Cientistas da Universidade de Bristol descobrem uma maneira de levitar objetos grandes com ondas sonoras.

Não sabemos o que permite que um raio trator de ficção científica empurre uma nave estelar, mas na Terra, os cientistas têm experimentado forças que podem segurar e impulsionar um objeto levitando-o no ar. O magnetismo pode fazer isso, como acontece com os trens maglev, mas é limitado a materiais que respondem ao magnetismo. Mais promissores são os dispositivos de levitação baseados em som, ou acústicos, que podem levantar e reter uma variedade maior de pequenos pedaços de sólidos, líquidos, alimentos e até insetos. Agora uma equipe em Universidade de Bristol surgiu com uma maneira de suspender e controlar o movimento de grandes objetos usando raios trator produzidos por vórtices sônicos, essencialmente tornados de ondas sonoras. A pesquisa da equipe acaba de ser publicada em Cartas de revisão física . “Os pesquisadores acústicos ficaram frustrados com o limite de tamanho durante anos”, diz o pesquisador associado Asier Marzo, o principal autor do estudo, “por isso é satisfatório encontrar uma maneira de superá-lo. Acho que abre a porta para muitas novas aplicações. ”

(UNIVERSIDADE DE BRISTOL)

Existem algumas aplicações potenciais muito interessantes, incluindo algumas que são realmente um pouco selvagens. Enquanto a capacidade de posicionar cápsulas de drogas ou manipular minúsculos implementos cirúrgicos dentro do corpo humano seria claramente um grande passo à frente para a medicina, raios trator acústicos também poderiam permitir que recipientes acústicos “sem recipiente” levitassem substâncias super delicadas. Água potável Bruce , que supervisionou a pesquisa, disse: “Estou particularmente animado com a ideia de linhas de produção sem contato, onde objetos delicados são montados sem tocá-los”. Os feixes acústicos do trator também podem, eventualmente, ser capazes de levitar as pessoas usando o som.

Ondas sonoras são variações cíclicas na pressão do ar - quanto mais curto o ciclo, mais freqüentemente ocorre e, portanto, mais alto é o tom percebido. A faixa de audição humana vai desde ondas lentas de 20 Hz de baixa frequência que percorrem uma distância de 17 metros até ondas curtas e altas de cerca de 20 kHz, cujo comprimento é de meros 17 milímetros. Antes desta pesquisa, um feixe trator acústico só conseguia controlar objetos com menos da metade do tamanho das ondas sonoras que ele usava. Qualquer coisa maior girou fora de controle devido ao momento angular orbital sendo transferido para os objetos, fazendo com que eles acelerassem até que saíssem do controle do dispositivo.

Contra-intuitivamente, a equipe de Bristol trabalhou com ondas sonoras muito agudas de 40 kHz, muito acima do alcance da audição humana. Isso é significativo não apenas porque eles foram capazes de conter objetos mesmo com comprimentos de onda tão minúsculos, mas também porque os sistemas de levitação acústica anteriores envolviam ondas sonoras na faixa audível e em volumes potencialmente prejudiciais aos ouvidos humanos, tornando seu uso impraticável e até perigoso . “No futuro”, diz Mihai Caleap, que projetou a simulação, “com mais potência acústica, será possível segurar objetos ainda maiores. Isso só era possível usando tons mais baixos, tornando o experimento audível e perigoso para os humanos. '

O truque era que a equipe de Bristol descobriu que podia entrelaçar uma sequência de vórtices menores de forma igual, ou helicidade, mas com quiralidades ou direções que mudam rapidamente em um único vórtice virtual com média de tempo girando em torno de um centro silencioso, ou núcleo, em que os objetos podem ser mantidos.

(UNIVERSIDADE DE BRISTOL)

O controle preciso dos minivórtices permitiu que estabilizassem o maior e pudessem então aumentar o tamanho do núcleo para levitar objetos maiores, até uma bola de poliestireno de dois centímetros. Isso é mais do que o dobro do tamanho dos comprimentos de onda acústica que eles estavam usando.

(UNIVERSIDADE DE BRISTOL)

Obviamente, não é trivial dimensionar um sistema de uma bola pequena e leve até o tamanho humano, o que obviamente exigiria distante mais poder. Por enquanto, porém, este é um passo promissor. Ou para cima.

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