16 Acoustic Levitation Frantiek Kundracik 16 Akustick levitcia

16. Acoustic Levitation František Kundracik

16. Akustická levitácia Malé objekty sa môžu vznášať na stojatých akustických vlnách. Preskúmajte tento jav. Do akej miery dokážete s objektmi manipulovať?

Demonštrácia javu https: //www. youtube. com/watch? v=Xp. Nbyfxxk. WE

Ako to dosiahnuť? Základ – stojaté (ultra)zvukové vlny Vzniknú pri interferencii dvoch protibežných vĺn s rovnakou frekvenciou 2 možnosti vytvorenia stojatých vĺn Zdroj ultrazvuku + zrkadlo (kov, sklo), ktoré sa stáva druhým zdrojom Dva synchrónne zdroje oproti sebe Je dobré, ak je vzdialenosť zdrojov (resp. zdroja a zrkadla) presný násobok polvlny, u zrkadla to môže byť nevyhnutné Vzniknú kmitne (tlak sa mení) a uzly (tlak sa nemení) Ľahký objekt (napríklad gulička z penového polystyrénu) umiestniť do uzla a môže sa začať vznášať

Ako to funguje? Obvyklé vysvetlenie: v stojatých vlnách sú miesta, kde je tlak veľký a kde je malý. Pri dostatočne silnom zvuku môže byť tlak taký veľký, že tlaková sila pôsobiaca na guličku môže prekonať gravitáciu. Je to priveľmi zjednodušené – v kmitniach tlak klesá a stúpa, v uzloch sa nemení. Ak má gulička z jednej strany kmitňu a z druhej uzol – sila pôsobí raz nahor a potom zasa nadol – v priemere je nulová Skutočnosť – pri veľmi silných zvukoch (cca 150 d. B) nie je kmitavý pohyb molekúl vzduchu lineárny (sínusový) ale nelineárny (nesínusový) Vtedy vznikajú rôzne efekty, ako Vznik rázových vĺn Prúdenie vzduchu jedným smerom Pri tak veľkom pohybe molekúl už môžeme hovoriť o prúdení molekúl – Bernoulliho rovnica p + ρv 2/2 = konšt. V kmitniach sa molekuly hýbu – nižší tlak pôsobiaci na čiastočku – čiastočka uviazne v kmitni - nad uzlom Pekné objasnenie problému: https: //science. howstuffworks. com/acousticlevitation. htm

Ako to funguje? Presný fyzikálny opis je veľmi zložitý – Rayleighov a Langevinov model a ich zovšeobecnenia

Ako to funguje?

Ako to funguje? Vzťah pre priemernú akustickú silu v stojacej vlne pôsobiacu na guličku V – objem guličky, Pa – amplitúda akustického tlaku (hlasitosť zvuku), ρ0 – hustota plynu, c 0 – rýchlosť šírenia zvuku, δ = ρ/ρ0 – pomer hustôt čiastočky a vzduchu, kz – vlnové číslo

Čo s úlohou? Postaviť fungujúcu aparatúru Zdroj ultrazvuku – piezoelektrické meniče – pomerne lacné, frekvencia mimo počuteľných hodnôt – typicky 20 -100 k. Hz Napríklad podľa návodu (z 8/2017) na http: //aip. scitation. org/doi/full/10. 1063/1. 4989995 a https: //www. youtube. com/watch? v=Qu. IZq_U 6 Eo. E

Čo s úlohou? Ako manipulovať s objektom? Vo vertikálnom smere – opis vo videu a článku Vo vodorovnom smere – zosilniť/zoslabiť jeden zo zdrojov – v danom mieste sa zväčší/zmenší sila a objekt „skĺzne“ do strany Levitácia kvapiek Tlakové zmeny v kvapke môžu prevýšiť povrchové napätie – kvapky sa roztrhnú (namerať závislosť medzi polomerom kvapky a intenzitou zvuku? ) Skúsiť namerať závislosť medzi potrebnou intenzitou zvuku a objemom čiastočky (vzťah uvedený skôr – bude priama úmernosť? )

Ďakujem za pozornosť