1. Onde acustiche stazionarie:
La levitazione acustica si basa sulle onde acustiche stazionarie, create dalla sovrapposizione di onde sonore riflesse da una superficie. Queste onde formano nodi e antinodi di pressione, creando regioni di alta e bassa pressione alternate.
2. Pressione di radiazione acustica:
Le onde sonore trasportano quantità di moto, che esercita una pressione sugli oggetti. Questo fenomeno è noto come pressione di radiazione acustica. La pressione esercitata dalle onde sonore è proporzionale al quadrato dell'ampiezza dell'onda sonora e alla densità del mezzo.
3. Forza di levitazione:
Quando un oggetto è posizionato in un campo di onde stazionarie acustiche, subisce forze di pressione di radiazione acustica da tutte le direzioni. La forza netta sull'oggetto è diretta verso il nodo di pressione più vicino. Questa forza contrasta la gravità, consentendo all'oggetto di levitare.
4. Oggetti levitanti:
Gli oggetti che levitano acusticamente dovrebbero avere determinate caratteristiche. Dovrebbero avere una densità inferiore a quella del mezzo circostante (aria) e dovrebbero avere un'elevata impedenza acustica. Ciò garantisce un trasferimento efficiente dell'energia acustica all'oggetto, migliorando l'effetto di levitazione.
5. Frequenze ultrasoniche:
La levitazione acustica utilizza tipicamente onde sonore ad alta frequenza, solitamente nella gamma degli ultrasuoni (sopra i 20 kHz). L'uso delle frequenze ultrasoniche riduce la lunghezza d'onda, consentendo la creazione di nodi di pressione più piccoli e una levitazione più precisa.
6. Trasduttori e riflettori:
Per generare onde acustiche stazionarie, i sistemi di levitazione acustica utilizzano trasduttori che emettono onde sonore ad alta frequenza. I riflettori sono posizionati di fronte ai trasduttori per far rimbalzare indietro le onde sonore e creare il modello di onde stazionarie.
7. Camera di levitazione:
Gli esperimenti di levitazione acustica vengono spesso condotti in una camera per ridurre al minimo i disturbi esterni. La camera è solitamente progettata per avere elevate proprietà di assorbimento acustico per evitare riflessioni indesiderate.
8. Applicazioni:
La levitazione acustica ha diverse applicazioni nella ricerca e nell'industria, tra cui:
- Lavorazione dei materiali senza contenitori
- Studio delle proprietà dei materiali in condizioni di microgravità
- Miscelazione di liquidi o polveri senza contaminazione
- Controlli non distruttivi sui materiali
- Ricerca biomedica
- Arte e spettacolo
La capacità della levitazione acustica di manipolare oggetti senza contatto fisico la rende una tecnica preziosa in aree in cui il controllo preciso e l'assenza di contaminazione sono cruciali.
