Akustische Levitation: Die Hauptsache ist, die Welle zu fangen. Levitation unter dem Einfluss eines akustischen Strahls. Akustische Levitation zum Selbermachen

Viele moderne Forscher vertreten die fiktive Version, dass die ägyptischen Pyramiden mit der Handarbeit vieler Sklaven und Lohnarbeiter gebaut wurden. Die Tatsache, dass diese riesigen Bauwerke von den Ägyptern errichtet wurden und nicht von der hochentwickelten Zivilisation, die ihnen vorausging, lässt bereits Zweifel aufkommen. Darüber hinaus kann sich unsere Zivilisation mit all ihren technologischen Durchbrüchen den Bau solcher Strukturen noch nicht leisten.

Heutzutage erfreut sich die Version immer größerer Beliebtheit, dass die tonnenschweren Blöcke der ägyptischen Pyramiden mithilfe der akustischen Levitationstechnologie verlegt wurden. Der Kern dieser Technologie besteht darin, dass zwischen dem Ultraschallsender und dem Reflektor eine stehende Welle entsteht. Es stellt sich heraus, dass diese Welle einige Objekte zum Schweben bringen kann.

Bisher wurden solche Experimente nur mit kleinen und leichten Objekten durchgeführt. Wissenschaftler glauben jedoch, dass die akustische Wirkung nicht von der Stärke des Schalls, sondern von seiner Frequenz abhängt. Durch die Auswahl einer bestimmten Schallfrequenz können Sie einen Resonanzzustand mit einer bestimmten Substanz erreichen und eine Änderung ihrer Eigenschaften bewirken, einschließlich der Manifestation einer Levitation, bei der das Gewicht des Objekts neutralisiert wird. Und dann wird das Verschieben von tonnenschweren Blogs nicht mehr so ​​schwierig sein.

Hier ist, was Yu. Ivanov, Direktor des Interdisziplinären Instituts für Rhythmodynamik, dazu schreibt: „Die moderne Wissenschaft ist nicht in der Lage, das zu tun, was angeblich die alten Ägypter getan haben. Aber die Tatsache, dass große Objekte entweder mithilfe der akustischen Levitation oder einer anderen Methode bewegt wurden, von der wir wenig Ahnung haben, darin liegt keine Mystik. Es gibt keine Mystik.“ Hier gibt es eine genaue Berechnung und ein genaues Wissen, das heißt, diejenigen, die dies getan haben, wussten, was sie konkret taten, und wussten, wie es zu tun ist.

Wenn das Objekt an Gewicht verloren hat, hebt man es wie Astronauten im Weltraum mit einer Hand auf und bewegt es dorthin, wo es sein soll. Sie haben zum Beispiel ein kleines Gerät, mit dem Sie dies tun können. Danach platzieren Sie es vorsichtig, stellen es ein, schalten das Gerät aus, und schon nimmt dieses Objekt sein Gewicht wieder an und fällt an seinen Platz.“

Mit Hilfe der akustischen Levitationsmethode baute Edward Litzkalnen sein berühmtes Coral Castle im US-Bundesstaat Florida. Für moderne Wissenschaftler ist diese Steinburg, für deren Bau 100.000 Korallen benötigt wurden, immer noch ein Rätsel der Technik. Denn es ist nicht ganz klar, oder besser gesagt, es ist überhaupt nicht klar, wie die riesigen, tonnenschweren Blöcke perfekt aneinander angepasst und zu Türmen, Toren und anderen architektonischen Kompositionen zusammengesetzt wurden.

Es ist bekannt, dass Litzkalnen vor Beginn des Baus dieser Burg lange Zeit in der örtlichen Bibliothek verbrachte, wo er mit besonderer Sorgfalt Bücher über die ägyptischen Pyramiden studierte. Einige Forscher glauben, dass er die Technologie zum Bau dieser Strukturen auf der Grundlage der akustischen Levitation entschlüsseln konnte.

Im Coral Castle Museum gibt es ein Foto, auf dem der frühere Besitzer bei einer Arbeit festgehalten wird. Gleichzeitig gibt es seltsame Kisten auf Stativen, von denen einige Drähte zu den Blöcken reichen. Und es ist durchaus möglich, dass diese Boxen als Signalverstärker einer bestimmten Frequenz dienten. Er selbst behauptete, er habe den Steinen bestimmte Musik vorgespielt, wodurch diese für eine gewisse Zeit an Gewicht verloren hätten.

Diese Technik ist übrigens noch in einigen tibetischen Lamaistenklöstern bekannt und wird weiterhin beim Bau im Hochgebirge eingesetzt, um durch das Spielen von Musikinstrumenten schwere Steine ​​in die Höhe zu heben. Daher ist es nicht verwunderlich, dass solche Technologien das Erbe alter, hochentwickelter vorsintflutlicher Zivilisationen sein könnten, zu denen auch die Pyramiden gehörten.

Die Pharaonen Ägyptens verfügten natürlich nicht mehr über solche Technologien, sondern versuchten, an die Technologien der legendären „Götterdynastie“ zu gelangen, die diese Länder lange vor den Pharaonen regierte. Als diese riesigen Pyramiden unter dem Sand entdeckt wurden, wurden sie daher auf Befehl der Pharaonen ausgegraben. Daraufhin wurde an den Wänden der Pyramide ein entsprechender Vermerk angebracht. Aber moderne Historiker interpretieren die Namen dieser Pharaonen genau als die Schöpfer der Pyramiden, obwohl den alten Ägyptern die wirkliche Fähigkeit zum Bau solcher Strukturen fehlte.

Dasselbe lässt sich über die Strukturen der Inkas und Mayas sagen, die tatsächlich lange vor dem Erscheinen dieser Völker selbst auf der historischen Bühne entstanden sind. Und höchstwahrscheinlich wurden diese Komplexe und Pyramiden des amerikanischen Kontinents mit derselben Technologie geschaffen, die beim Bau der Großen Pyramiden von Gizeh verwendet wurde.

Schall breitet sich in jedem Medium außer Vakuum aus. Schallwellen umgeben einen Menschen, aber oft denkt er einfach nicht an ihre Anwesenheit. Geräusche sind hörbar, aber nicht greifbar. Laute Geräusche wirken sich negativ auf den Menschen aus und verursachen Lärm. Unhörbare Geräusche können Empfindungen hervorrufen, werden aber vom menschlichen Bewusstsein nicht wahrgenommen.

Klang hoher Dichte kann als Objekt greifbar werden. Die Ausbreitungsgesetze von Schallwellen lassen allerdings keine Vorstellung davon zu, dass Schall eine treibende Kraft ist. Was wird objektiv gefühlt: der Klang selbst oder die Vibrationen umgebender Objekte?

Die Vorstellung, dass etwas so Immaterielles Gegenstände anheben kann, mag unglaublich erscheinen, aber es ist ein reales Phänomen. Akustische Levitation nutzt die Eigenschaft des Schalls, Feststoffe, Flüssigkeiten und schwere Gase in Schwingungen zu versetzen. Die Möglichkeit, mithilfe von Schallwellen eine Antigravitationskraft zu erzeugen, war bereits in der Antike bekannt.

Akustische Levitation hält Wassertropfen.

Die Untersuchung des Phänomens der akustischen Levitation basiert auf Kenntnissen über Schwerkraft, Luft und die Welleneigenschaften von Schall.

Schwere bewirkt, dass sich Objekte gegenseitig anziehen. Das Newtonsche Gesetz bietet die einfachste Möglichkeit, die Natur der Schwerkraft zu erklären. Dieses Gesetz besagt, dass jedes Teilchen im Universum jedes andere Teilchen anzieht. Die Anziehungskraft nimmt mit der Masse des Objekts zu. Auch der Abstand zwischen Objekten beeinflusst die Anziehungskraft. Auf Planetenebene fallen alle Objekte in der Nähe der Erdoberfläche auf die Erde. Die Schwerkraft hat ihre eigenen Parameter, die sich im Universum kaum ändern.

In der Luft Es können auch Strömungen entstehen, wie in Flüssigkeiten. Wie eine Flüssigkeit besteht auch Luft aus Mikropartikeln, die sich relativ zum Boden und relativ zueinander bewegen. Luft kann auch wie Wasser strömen, aber da Luftpartikel nicht sehr dicht sind, können sie sich schneller bewegen.

Schall ist Schwingung, die in gasförmigen, flüssigen, festen Medien vorkommen. Schallwellen breiten sich von einer Quelle aus, die sich mit geringer Amplitude sehr schnell bewegt oder ihre Form ändert. Wenn man beispielsweise eine Glocke anschlägt, vibriert die Glocke in der Luft. Die Glocke bewegt sich in eine Richtung und drückt die Luftmoleküle, wodurch diese andere Moleküle verdrängen und schieben, wodurch ein Bereich mit hohem Druck entsteht. Im Hochdruckbereich wird Druckluft erzeugt. Wenn sich die Glocke zurückbewegt, zieht sie Luftmoleküle an und erzeugt so einen Bereich mit niedrigem Druck. In Gebieten mit niedrigem Druck entsteht verdünnte Luft. Die Glocke wiederholt die Vibrationsbewegungen und erzeugt so eine wiederholte Folge von Kompression und Verdünnung. Die Amplitude der Glockenschwingungen bestimmt die Wellenlänge des erzeugten Klangs.

Schallwellen breiten sich aufgrund der Bewegung von Luftmolekülen aus. Moleküle, die sich in der Nähe der Oberfläche der Glocke befinden, stoßen umgebende Moleküle in alle Richtungen. Schall breitet sich durch die umgebende Luft aus. Ohne Moleküle kann sich der Schall nicht ausbreiten. Deshalb breitet sich Schall nicht im Vakuum aus. Die folgende Animation zeigt den Prozess der Klangentstehung.

Die Schalllevitationsmethode basiert auf der Nutzung von Schallwellen zum Ausgleich der Schwerkraft. Auf der Erde kann dies dazu führen, dass Objekte über der Erdoberfläche schweben. Im Weltraum ist es eine Möglichkeit, Objekte in der Schwerelosigkeit auszubalancieren und zu stabilisieren.

Physik der Schalllevitation.

Das akustische Levitationsgerät besteht aus zwei Hauptteilen:
Konverter- eine vibrierende Oberfläche, die Schallwellen erzeugt;
Reflektor- eine Platte, von der die Schallwelle reflektiert wird.

Der Wandler und der Reflektor können konkave Oberflächen haben, um den Schall zu bündeln. Um einen Wassertropfen festzuhalten, wandert die Schallwelle mehrmals von der Quelle zum Reflektor und zurück. Das Gerät ist auf eine bestimmte Weise konfiguriert: Das Verhältnis der Länge des Spalts zwischen Konverter und Reflektor zur Wellenlänge ist gleich einer ganzen Zahl. Das heißt, der Abstand zwischen Konverter und Reflektor passt natürliche Anzahl von Wellen.

Anzahl der Wellen, die in das Intervall passen
zwischen Wandler und Reflektor ist gleich einer natürlichen Zahl.

Eine Schallwelle ist, wie alle Geräusche, eine longitudinale Druckwelle. Bei einer Longitudinalwelle verläuft die Bewegung jedes Punktes parallel zur Ausbreitungsrichtung der Welle.

Die Welle kann von Oberflächen reflektiert werden. Dies impliziert das Reflexionsgesetz, das besagt, dass der Einfallswinkel – der Winkel zwischen der Achse der einfallenden Welle und der Normalen zur Oberfläche – gleich dem Reflexionswinkel ist – der Winkel zwischen der Achse der reflektierten Welle und der normal zur Oberfläche. Das heißt, die Schallwelle wird von der Oberfläche im gleichen Winkel reflektiert, in dem sie auf die Oberfläche trifft. Schallwellen, die in einem Winkel von 90 Grad einfallen, werden im gleichen Winkel zurückreflektiert.

Wenn eine Schallwelle von einer Oberfläche reflektiert wird, führt die Wechselwirkung zwischen ihren Kondensationen und Verdünnungen zu Interferenzen. Die Kompression der Schallwelle trifft auf die Kompression der reflektierten Welle. Damit die Welle stillsteht und sich nicht bewegt, muss die Wellenlänge ganzzahlig oft in den Spalt zwischen Wandler und Reflektor passen. Dadurch entstehen geschlossene Bereiche mit dichter Luft und Bereiche mit dünner Luft. Mithilfe stehender Schallwellen können Sie einen Wassertropfen in die Luft schweben lassen.

Stehende Schallwellen haben Knoten – Bereiche mit minimalem Druck – und Bäuche – Bereiche mit maximalem Druck. Damit ein Wassertropfen schweben kann, muss er in einen Schallwellenknoten gebracht werden. Der Tropfen liegt zwischen zwei Schwingungsbäuchen.

Es bildet sich eine stehende Schallwelle
Bereiche mit komprimierter und verdünnter Luft

Der Reflektor ist in Bezug auf den Konverter so installiert, dass der Abstand zwischen ihnen einer ganzen Zahl von Wellenlängen entspricht und die Bereiche mit niedrigem und hohem Druck parallel zur Schwerkraftachse liegen. In diesem Fall erzeugt die Schallwelle von unten einen konstanten Druck auf den Wassertropfen und gleicht die Schwerkraft aus.

Akustische Levitation schafft Bereiche
Hochdruck, der Wassertröpfchen festhält

Im Weltraum herrscht eine schwache Schwerkraft. Schwebende Partikel werden an den Knotenpunkten der Schallwellen gesammelt und nicht gestreut. Unter den Bedingungen der Schwerkraft der Erde befinden sich Partikel über Schwingungsbäuchen, die verhindern, dass Partikel auf den Boden fallen.

Akustische Levitation kann in verschiedenen Bereichen eingesetzt werden: zur Kontrolle von Partikeln in der Luft, zur Aufhebung der Schwerkraft, zur Stabilisierung und Koordination, zur Positionierung von Teilen, Industriegeräten und zur Kontrolle flüssiger Substanzen.

Das Funktionsprinzip der akustischen Levitation besteht darin, Schallwellen in einem geschlossenen Bereich zu erzeugen. Durch die Kompression und Verdünnung der Luft durch Schallwellen entstehen Bereiche mit niedrigem und hohem Druck – Knoten und Bäuche einer stehenden Schallwelle. In den Knoten wirkt die Schwerkraft: Luftpartikel und schwebende Mikropartikel tendieren zur Knotenmitte. An den Schwingungsbäuchen wirken Antigravitationskräfte: Luftpartikel und Schwebeteilchen neigen dazu, den Schwingungsbauch zu verlassen.

Ähnliche Experimente können in magnetischen und elektrischen Feldern durchgeführt werden, um die Schwerkraft zu überwinden und Objekte im schwebenden Zustand auszubalancieren.

Asier Marzo, wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Universität Bristol, forscht auf dem Gebiet Ultraschall und Elektromagnetismus und veröffentlicht interessante Projekte für 3D-Drucker – Kraftstrahlen und Geräte für die akustische Levitation!

Wir haben kürzlich über ein interessantes Projekt gesprochen, das von einem Team lettischer Forscher des Unternehmens Neurotechnology verfasst wurde und eine Technologie entwickelt, die auf der Positionierung mithilfe von Ultraschallwandlern basiert. Asiers Projekte basieren auf dem gleichen Prinzip: Sie kontrollieren Objekte und halten sie mithilfe gerichteter Schallwellen sogar in einem schwebenden Zustand.

Das neueste Projekt ist ein Gerät zur akustischen Levitation kleiner Objekte – Perlen, Flüssigkeitstropfen oder sogar Ameisen, die eine solche Drehung nicht erwarten. Das gerichtete Schallfeld wird durch Ultraschallwandler erzeugt, die unten und oben am Gerät angebracht sind. Die Wandler üben Druck auf das Objekt aus und die Feldfokussierung wird durch Biegen und Anpassen der Leistungsabgabe der oberen und unteren Arrays erreicht.

Zur Steuerung der Konverter benötigen Sie einen Arduino Nano-Mikrocontroller und einen L298N-Treiber. Im Originaldesign gibt es 72 Konverter – der Autor empfiehlt MSO-P1040H07T von Manorshi oder FBULS1007P-T von Ningbo.

Die tragende Struktur des Geräts ist äußerst einfach und kann mithilfe eines vom Autor bereitgestellten 3D-Modells in einem Stück in 3D gedruckt werden. Die Hauptsache ist, die Polarität beim Einbau der Lautsprecher nicht zu verwechseln. Alternativ können Sie eine leistungsstärkere Version mit 16-mm-Wandlern bauen, die mit dichteren und schwereren Objekten arbeiten kann, beim Schweben von Flüssigkeiten jedoch etwas weniger effektiv ist. Eine vollständige Liste der Komponenten und eine detaillierte Montageanleitung finden Sie unter diesem Link, und der Herstellungsprozess wird im Video anschaulich gezeigt: Aber vielleicht noch interessanter ist Asiers anderes Projekt – eine Art Kraftbalken. Im Wesentlichen handelt es sich um eine halbierte, manuelle Version desselben Levitators. Das Funktionsprinzip ist ähnlich, aber um dieses Gerät zu erstellen, benötigen Sie halb so viele Konverter sowie den gleichen Mikrocontroller und Dual-Treiber.

Die Gesamtkosten der Komponenten für den akustischen Kraftstrahl werden auf etwa 75 US-Dollar geschätzt. Detaillierte Anweisungen finden Sie unter diesem Link. Eine Demonstration der Bedienung und des Montagevorgangs finden Sie im Video: Haben Sie interessante Neuigkeiten? Teilen Sie Ihre Entwicklungen mit uns und wir erzählen der ganzen Welt davon!

Schall breitet sich in jedem Medium außer Vakuum aus. Schallwellen umgeben einen Menschen, aber oft denkt er einfach nicht an ihre Anwesenheit. Geräusche sind hörbar, aber nicht greifbar. Laute Geräusche wirken sich negativ auf den Menschen aus und verursachen Lärm. Unhörbare Geräusche können Empfindungen hervorrufen, werden aber vom menschlichen Bewusstsein nicht wahrgenommen.

Klang hoher Dichte kann als Objekt greifbar werden. Die Ausbreitungsgesetze von Schallwellen lassen allerdings keine Vorstellung davon zu, dass Schall eine treibende Kraft ist. Was wird objektiv gefühlt: der Klang selbst oder die Vibrationen umgebender Objekte?

Die Vorstellung, dass etwas so Immaterielles Gegenstände anheben kann, mag unglaublich erscheinen, aber es ist ein reales Phänomen. Akustische Levitation nutzt die Eigenschaft des Schalls, um Feststoffe, Flüssigkeiten und schwere Gase in Schwingungen zu versetzen. Die Möglichkeit, mithilfe von Schallwellen eine Antigravitationskraft zu erzeugen, war bereits in der Antike bekannt.

Akustische Levitation hält Wassertropfen

Die Untersuchung des Phänomens der akustischen Levitation basiert auf Kenntnissen über Schwerkraft, Luft und die Welleneigenschaften von Schall.

Schwere bewirkt, dass sich Objekte gegenseitig anziehen. Das Newtonsche Gesetz bietet die einfachste Möglichkeit, die Natur der Schwerkraft zu erklären. Dieses Gesetz besagt, dass jedes Teilchen im Universum jedes andere Teilchen anzieht. Die Anziehungskraft nimmt mit der Masse des Objekts zu. Auch der Abstand zwischen Objekten beeinflusst die Anziehungskraft. Auf Planetenebene fallen alle Objekte in der Nähe der Erdoberfläche auf die Erde. Die Schwerkraft hat ihre eigenen Parameter, die sich im Universum kaum ändern.

In der Luft Es können auch Strömungen entstehen, wie in Flüssigkeiten. Wie eine Flüssigkeit besteht auch Luft aus Mikropartikeln, die sich relativ zum Boden und relativ zueinander bewegen. Luft kann auch wie Wasser strömen, aber da Luftpartikel nicht sehr dicht sind, können sie sich schneller bewegen.

Schall ist Schwingung, die in gasförmigen, flüssigen, festen Medien vorkommen. Schallwellen breiten sich von einer Quelle aus, die sich mit geringer Amplitude sehr schnell bewegt oder ihre Form ändert. Wenn man beispielsweise eine Glocke anschlägt, vibriert die Glocke in der Luft. Die Glocke bewegt sich in eine Richtung und drückt die Luftmoleküle, wodurch diese andere Moleküle verdrängen und schieben, wodurch ein Bereich mit hohem Druck entsteht. Im Hochdruckbereich wird Druckluft erzeugt. Wenn sich die Glocke zurückbewegt, zieht sie Luftmoleküle an und erzeugt so einen Bereich mit niedrigem Druck. In Gebieten mit niedrigem Druck entsteht verdünnte Luft. Die Glocke wiederholt die Vibrationsbewegungen und erzeugt so eine wiederholte Folge von Kompression und Verdünnung. Die Amplitude der Glockenschwingungen bestimmt die Wellenlänge des erzeugten Klangs.

Schallwellen breiten sich aufgrund der Bewegung von Luftmolekülen aus. Moleküle, die sich in der Nähe der Oberfläche der Glocke befinden, stoßen umgebende Moleküle in alle Richtungen. Schall breitet sich durch die umgebende Luft aus. Ohne Moleküle kann sich der Schall nicht ausbreiten. Deshalb breitet sich Schall nicht im Vakuum aus. Die folgende Animation zeigt den Prozess der Klangentstehung.

Die Glocke drückt Luftmoleküle. Moleküle drängen andere Moleküle.
Schallwellen entstehen durch sukzessive Kompression und Verdünnung der Luft.

Die Schalllevitationsmethode basiert auf der Nutzung von Schallwellen zum Ausgleich der Schwerkraft. Auf der Erde kann dies dazu führen, dass Objekte über der Erdoberfläche schweben. Im Weltraum ist es eine Möglichkeit, Objekte in der Schwerelosigkeit auszubalancieren und zu stabilisieren.

Physik der Schalllevitation

Das akustische Levitationsgerät besteht aus zwei Hauptteilen:

• Wandler – eine vibrierende Oberfläche, die Schallwellen erzeugt;
• Reflektor – eine Platte, von der eine Schallwelle reflektiert wird.

Der Wandler und der Reflektor können konkave Oberflächen haben, um den Schall zu bündeln. Um einen Wassertropfen festzuhalten, wandert die Schallwelle mehrmals von der Quelle zum Reflektor und zurück. Das Gerät ist auf eine bestimmte Weise konfiguriert: Das Verhältnis der Länge des Spalts zwischen Konverter und Reflektor zur Wellenlänge ist gleich einer ganzen Zahl. Das heißt, der Abstand zwischen Konverter und Reflektor passt natürliche Anzahl von Wellen.

Stehende Schallwelle

Anzahl der Wellen, die in das Intervall passen
zwischen Wandler und Reflektor ist gleich einer natürlichen Zahl.

Eine Schallwelle ist wie alle Geräusche longitudinale Druckwelle. Bei einer Longitudinalwelle verläuft die Bewegung jedes Punktes parallel zur Ausbreitungsrichtung der Welle.

Die Welle kann von Oberflächen reflektiert werden. Dies impliziert das Reflexionsgesetz, das besagt, dass der Einfallswinkel – der Winkel zwischen der Achse der einfallenden Welle und der Normalen zur Oberfläche – gleich dem Reflexionswinkel ist – der Winkel zwischen der Achse der reflektierten Welle und der normal zur Oberfläche. Das heißt, die Schallwelle wird von der Oberfläche im gleichen Winkel reflektiert, in dem sie auf die Oberfläche trifft. Schallwellen, die in einem Winkel von 90 Grad einfallen, werden im gleichen Winkel zurückreflektiert.

Wenn eine Schallwelle von einer Oberfläche reflektiert wird, führt die Wechselwirkung zwischen ihren Kondensationen und Verdünnungen zu Interferenzen. Die Kompression der Schallwelle trifft auf die Kompression der reflektierten Welle. Damit die Welle stillsteht und sich nicht bewegt, muss die Wellenlänge ganzzahlig oft in den Spalt zwischen Wandler und Reflektor passen. Dadurch entstehen geschlossene Bereiche mit dichter Luft und Bereiche mit dünner Luft. Benutzen stehende Schallwellen Sie können einen Tropfen Wasser in die Luft hängen.

Stehende Schallwellen haben Knoten – Bereiche mit minimalem Druck – und Bäuche – Bereiche mit maximalem Druck. Damit ein Wassertropfen schweben kann, muss er in einen Schallwellenknoten gebracht werden. Der Tropfen liegt zwischen zwei Schwingungsbäuchen.

Tief- und Hochdruckgebiete

Es bildet sich eine stehende Schallwelle
Bereiche mit komprimierter und verdünnter Luft

Der Reflektor ist in Bezug auf den Konverter so installiert, dass der Abstand zwischen ihnen einer ganzen Zahl von Wellenlängen entspricht und die Bereiche mit niedrigem und hohem Druck parallel zur Schwerkraftachse liegen. In diesem Fall erzeugt die Schallwelle von unten einen konstanten Druck auf den Wassertropfen und gleicht die Schwerkraft aus.

An einem Knoten befindet sich ein Wassertropfen

Akustische Levitation schafft Bereiche
Hochdruck, der Wassertröpfchen festhält

Im Weltraum herrscht eine schwache Schwerkraft. Schwebende Partikel werden an den Knotenpunkten der Schallwellen gesammelt und nicht gestreut. Unter den Bedingungen der Schwerkraft der Erde befinden sich Partikel über Schwingungsbäuchen, die verhindern, dass Partikel auf den Boden fallen.

Akustische Levitation kann in verschiedenen Bereichen eingesetzt werden: zur Kontrolle von Partikeln in der Luft, zur Aufhebung der Schwerkraft, zur Stabilisierung und Koordination, zur Positionierung von Teilen, Industriegeräten und zur Kontrolle flüssiger Substanzen.

Das Funktionsprinzip der akustischen Levitation besteht darin, Schallwellen in einem geschlossenen Bereich zu erzeugen. Durch die Kompression und Verdünnung der Luft durch Schallwellen entstehen Bereiche mit niedrigem und hohem Druck – Knoten und Bäuche einer stehenden Schallwelle. In den Knoten wirkt die Schwerkraft: Luftpartikel und schwebende Mikropartikel tendieren zur Knotenmitte. An den Schwingungsbäuchen wirken Antigravitationskräfte: Luftpartikel und Schwebeteilchen neigen dazu, den Schwingungsbauch zu verlassen.

Ähnliche Experimente können in magnetischen und elektrischen Feldern durchgeführt werden, um die Schwerkraft zu überwinden und Objekte im schwebenden Zustand auszubalancieren.

Obwohl die Wissenschaft seit mindestens zwei Jahrhunderten als wichtigstes Paradigma für die Entwicklung der menschlichen Zivilisation gilt, ist die Wahrnehmung der Welt bei den meisten Menschen immer noch weit von wissenschaftlicher Natur entfernt. Für uns ist beispielsweise ein Phänomen wie die akustische Levitation seltsam. Für das Alltagsbewusstsein ist es schwer zu verstehen, wie man mit Schallwellen Objekte zum Schweben bringen kann. Mittlerweile ist dieses Phänomen, wenn auch theoretisch, den Wissenschaftlern seit mindestens mehreren Jahrzehnten bekannt.

Was ist Klang?

Eigentlich akustisch oder Schalllevitation , also die stabile Position eines Objekts mit spürbarer Masse in einer akustischen Welle, hat eine ziemlich einfache Erklärung. Um das Wesen dieses Phänomens zu verstehen, genügt es, sich an die Natur des Klangs zu erinnern, von dem wir seit Schulzeiten wissen, dass es sich um eine Welle handelt. Schallwellen breiten sich in verschiedenen Medien aus, sei es ein Feststoff, eine Flüssigkeit oder ein schweres Gas. Die Luft um uns herum ist nichts weiter als ein schweres Gas bzw. ein Gasgemisch.

Es gibt eine besondere Art von Schallwellen – die sogenannte stehende Welle. Eine solche Welle entsteht in speziellen Schwingungssystemen, in denen Schall von einem Hindernis reflektiert wird. In diesem Fall wird die Schallwelle nicht einfach reflektiert, sondern überlagert sich auch mit der ursprünglichen Schallwelle, und die Positionen der maximalen und minimalen Amplitudenpositionen müssen wiederholt werden. Im wirklichen Leben kann man beim Spielen von Musikinstrumenten eine stehende Schallwelle hören und beobachten – solche Wellen entstehen, wenn Luft in einer Orgelpfeife vibriert oder wenn eine Gitarrensaite vibriert.

Levitation, also ein eigentümlicher Bereich der Schwerelosigkeit, in dem ein materieller Gegenstand platziert werden kann, erscheint in diesem Fall im Zusammenhang mit dem Wechsel von Bereichen mit hohem und niedrigem Druck. Schallwellen, die sich in der Luft ausbreiten, sind Molekülströme. In einer stehenden akustischen Welle übereinander gelegt, erzeugen diese Molekülströme verdünnte Zonen, in denen der Einfluss der Schwerkraft deutlich reduziert ist. Dadurch kann ein in einer stehenden Welle gefangener Gegenstand tatsächlich gefrieren, also sein Gewicht verlieren.

Vibration und Reflexion

In der Praxis lässt sich die Schalllevitation jedoch bisher nur mit kleinen Gegenständen und einer geringen Menge eines bestimmten Stoffes durchführen. Es ist auch offensichtlich, dass die akustische Levitation, die unter alltäglichen Bedingungen mit eigenen Händen nachgebildet wird, derzeit eine schwierige Aufgabe ist. Mit etwas Glück, dem nötigen Wissen und der Verfügbarkeit der notwendigen Materialien und Instrumente kann ein solches Ergebnis jedoch erreicht werden. Am häufigsten werden Versuche, eine akustische Levitation zu erreichen, mit einem Wassertropfen durchgeführt.

Jedes Gerät zur Umsetzung dieser Art der Levitation muss aus einem Transformationsgerät mit einer vibrierenden Oberfläche, die Schallwellen aussendet, und reflektierenden Oberflächen bestehen, von denen diese Wellen „abprallen“. Experimente zeigen, dass es am effektivsten ist, sowohl der transformierenden Schwingfläche als auch den Reflektoren eine konkave Form zu geben. Dadurch wird eine bessere Schallfokussierung erreicht. Darüber hinaus muss besonderes Augenmerk auf die Ebenheit der transformierenden und reflektierenden Flächen und deren korrekte Lage zueinander gelegt werden. Denn die Schallwelle muss im gleichen Winkel von der Oberfläche reflektiert werden, in dem sie auftrifft.

Die akustische Schwerkraft ist ein vielversprechendes Forschungsgebiet im praktischen technologischen Bereich, da sie nahezu unabhängig von den bei der Arbeit verwendeten Materialien ist, was den Aufwand für Experimente senkt. Andererseits ist es bisher nicht gelungen, bei Objekten mit erheblicher Masse, deren Gewicht in Kilogramm oder mehr berechnet wird, eine Schalllevitation zu erreichen. Um in diesem Fall materielle Objekte in einem Zustand der Schwerelosigkeit zu halten, sind starke Schallwellen erforderlich. Daher ist die akustische Levitation noch nicht sehr stabil – wenn Sie ein ausreichend massives Objekt in eine stehende Welle legen, benötigen Sie zu seiner Unterstützung so starke Schallwellen, dass ihre Intensität das Objekt einfach zerstören kann.

Schweizer essen nicht nur Käse, sondern schweben auch

Wenn man von der Schweiz spricht, sind die bekanntesten und verständlichsten Assoziationen die berühmten Schweizer Uhren, Banken und Käse. Allerdings entwickelt sich die Grundlagenwissenschaft hierzulande aktiv weiter, so dass es nicht verwunderlich ist, dass hier erfolgreiche Experimente mit akustischer Levitation durchgeführt werden. Lokale Wissenschaftler haben in den letzten Jahren in dieser Richtung die größten Erfolge erzielt. So gelang es Spezialisten der Schweizerischen Höheren Technischen Schule (Zürich) als erste, den kontrollierten Flug von Objekten im Bereich der akustischen Levitation zu erreichen.

Den Schweizern ist es gelungen, eines der kniffligsten Probleme der Schalllevitation zu lösen: Die Größe eines Objekts, das in einer stehenden Welle platziert wird, sollte die Hälfte der Länge der verwendeten Schallwelle nicht überschreiten. Sind die Schallwellen zu intensiv, gefährden sie die Stabilität des ablaufenden Prozesses. Wissenschaftler haben eine Installation entwickelt, die aus vielen „Wandler-Reflektor“-Modulen besteht, die sich gegenseitig ausgleichen. Die ausgesendeten Schallwellen wurden durch ein Computerprogramm verändert und so die Kontrolle über ein schwebendes Objekt erlangt.

Den Forschern gelang es nicht nur, einen aufgehängten Zahnstocher abwechselnd in verschiedene Richtungen zu drehen, sondern auch die Vereinigung fester Partikel zu einem Klumpen und die Verschmelzung mehrerer kleiner Wassertropfen zu einem großen Tropfen zu erreichen.

Das Problem der Schalllevitation wird nicht nur in der Schweiz, sondern auch in den USA entwickelt. Mitarbeitern des Argonne National Laboratory in der Nähe von Chicago ist es gelungen, mit biologisch aktiven Materialien eine Schalllevitation zu erreichen. Einem der gehegten Träume von Zukunftsforschern und Science-Fiction-Autoren – einem tragbaren Gerät zur menschlichen Levitation – bringt dies die Menschheit bislang jedoch nicht näher. Die Errungenschaften amerikanischer Wissenschaftler beziehen sich in erster Linie auf Medizin und Biologie, da sie dabei helfen, verschiedene Manipulationen unter sterileren Bedingungen durchzuführen. Dies ist jedoch vorerst nur eine vielversprechende Entwicklung für die Zukunft – heute beträgt die Masse einer biologisch aktiven Substanz, die unter Bedingungen der akustischen Schwerkraft manipuliert werden kann, nicht mehr als einen Milliliter.

Alexander Babitsky