שרביט קסמים קולי 12.01.2015

"Wingardium Leviosa" - לחש כזה שימש את הדמויות מסדרת האגדות על הארי פוטר כדי לגרום לחפצים לעוף באוויר עם גל של שרביט קסמים. אבל בעוד שסופרים ובמאים מעלים סיפורים פנטסטיים חדשים, המדע, צעד אחר צעד, מביא לחיים דברים שנראו בלתי אפשריים קודם לכן. הפעם זה היה על הזזת חפצים באוויר, או ריחוף. ריחוף יכול להיקרא אפקט פיזי כזה שבו חפץ ללא תמיכה גלויה נמצא או נע באוויר. למשל, אם מניחים מגנט רגיל מעל חומר מוליך שקודם לכן מקורר לטמפרטורה נמוכה, אז יקרה "נס" - המגנט יצוף באוויר בחופשיות בגובה נמוך. זה נובע מההתנהגות המיוחדת של השדה המגנטי במוליכי-על.

תופעה כזו, אם כי מוזרה מאוד, אינה מועילה לשימוש מעשי: הצורך להעביר מגנטים על גבי מוליך-על מקורר לטמפרטורת חנקן נוזלי לא יתעורר אצל כולם. זה עניין אחר לגמרי אם ממציאים שיטה להזיז חפצים כלשהם ללא מגע, ללא קשר לאופיו. המצאה כזו תידרש באופן נרחב באותם אזורים שבהם הטוהר הקיצוני של החומרים חשוב. לדוגמה, בתרופות או במיקרו-אלקטרוניקה: שם כל מגע נוסף עם החומר יכול להביא לתוכו זיהומים לא רצויים. פיזיקאים מאוניברסיטת סאו פאולו בברזיל הציעו דרך לגרום לחפצים קטנים לא רק לצוף באוויר, אלא גם להזיז אותם בכיוון הנכון.

כדי להתגבר על כוח הכבידה, השתמשו החוקרים בלחץ שמפעילים גלי קול. אתה יכול להרגיש את עוצמת הקול אם אתה עומד מול רמקול חזק הפועל בווליום מלא. צליל הוא רטט המתרחש בכל מדיום. זה יכול להיות אוויר, מים או חומרים מוצקים. אין גלי קול בחלל, כי אין מדיום שבו הם יכולים להתפשט: ואקום הוא חלל שקט. מנקודת מבט פיזית, העברת קול באוויר היא תנועה של אזורים בלחץ גבוה ונמוך. תנודות הלחץ יוצרות כוח שיכול לפעול על עצמים מכניים. כך מסודרת האוזן שלנו, שבה צלילי העולם הסובב אותנו מועברים למוח באמצעות תנודות של עור התוף.

כעת עלינו לזכור תכונה נוספת של תנודות - קיומם של גלים עומדים. הדוגמה הפשוטה ביותר: אם תקבע קצה אחד של חבל ארוך, ותזיז את השני למעלה ולמטה בתדירות קבועה, אז כמה נקודות של החבל יישארו ללא תנועה. היווצרותו של גל עומד כזה מתרחשת עקב סופרפוזיציה של שני גלים - המקורי, שנוצר על ידי תנועת הקצה החופשי של החבל, והגל המוחזר. ההשפעות המתעוררות כאשר גלי קול מונחים זה על זה היוו את הבסיס לשיטה המפותחת של ריחוף אולטרסאונד. הפולט פולט גלים קוליים המוחזרים ממשטח שנמצא במרחק מסוים. הגלים המוקרנים והמוחזרים מסתכמים ויוצרים משהו כמו מסדרון, שבו מתחלפים אזורים של לחץ גבוה ונמוך. אם חפץ נופל לאזור של גל קולי עומד, האנרגיה של הגלים מספיקה כדי לפצות על כוח הכבידה, ואנו רואים את השפעת הריחוף.

למרות העובדה ששיטת הריחוף האולטראסוני החלה להתפתח לפני מספר שנים, לא היה קל להשיג אחיזה יציבה של עצמים באוויר. במשך זמן רב לא ניתן היה ליצור גל אולטראסוני עומד יציב בעל עוצמה מספקת: תנועה קלה של הפולט או הרפלקטור - והאפקט נעלם. כדי לפתור בעיה זו, מרקו אנדרדה ועמיתיו השתמשו בעקרון של היווצרות גל עומד המבוסס על השתקפויות מרובות. הם הכינו רפלקטור קולי קעור מיוחד שבעזרתו הצליחו להשיג ריחוף של כדורי פלסטיק קטנים מבלי לכוונן את המערכת. גם אם מחזיקים את מחזיר הגל ביד, אפקט הריחוף לא נעלם - עד לאחרונה זה נראה בלתי אפשרי. לטכנולוגיה הזו יש הרבה יותר סיכויים ליישום אמיתי.