Pesquisadores usam ondas sonoras para levitar líquidos

Por , em 29.07.2013

Precisa fazer gotas de líquido levitarem, “dançarem” no ar e se misturarem? Use fluxos de som!

O dispositivo de levitação é o primeiro a utilizar ondas sonoras de alta frequência para reunir partículas flutuantes e gotículas de líquido. A princípio, a técnica poderia até mesmo levitar um objeto maior, uma pessoa ou um animal, embora pra isso seja necessário aumentar a força.

Os métodos de levitação tradicionais, como os ímãs ou campos elétricos, como os dos trens Maglev, exigem que os objetos a flutuar tenham determinadas propriedades eletromagnéticas. A levitação acústica não impõe tais restrições. Ela pode flutuar qualquer coisa, diz Dimos Poulikakos, do Instituto Federal de Tecnologia de Zurique (ETH), em Zurique, na Suíça.

Por enquanto, isso tem sido usado apenas para estudar reações químicas em ambientes extremos, para mover materiais perigosos e para simular ambientes de baixa gravidade, como uma estação espacial. Com 24 quilohertz, as ondas são agudas demais para ser audíveis a seres humanos, mas podem ser ouvidas por alguns animais, como os morcegos.

Nós de levitação

Uma onda sonora é uma onda de pressão que produz uma força com potencial de neutralizar a gravidade, e assim flutuar objetos. Para isso, é preciso garantir que essa força permaneça constante em um determinado ponto do espaço.

Isso já foi feito anteriormente usando alto-falantes ou outros ressonadores para disparar ondas de pressão para cima e depois as refletir. As ondas originais e seus reflexos se combinam em seguida para criar uma onda vertical com uma série de “nós” estacionários, que ficarão em pé e constantes mesmo quando a onda oscila. Se conseguir a frequência certa, a força desses nós cancela com exatidão a gravidade – e qualquer coisa presa lá paira no lugar.

Poulikakos e seus colegas queriam dar um passo adiante e poder mover e combinar objetos suspensos. Então construíram um sistema de ressonadores controlados por computador que cria uma onda estacionária e que pode variar sua forma. Como mudanças de forma de onda, os nós estariam se movendo gradualmente, levando todos os objetos presos junto com eles.

Cafeteira

A equipe usou esse sistema para fazer dois objetos reagirem. Um teste começou com uma partícula de sódio suspensa por uma ressonância e uma gota de água suspensa por outa, e os reuniu para produzir uma explosão. Já em outro experimento usou o sistema para colidir um grão de café com uma gota d’água.

“Pela primeira vez, você pode mover a matéria de uma forma controlada sem nenhum contato”, diz Poulikakos. Por enquanto, o sistema só pode levitar coisas tão ou menos densas que a água – 1g/cm³. O sódio e o grão de café são menos densos que a água, por isso flutuaram.

O sistema poderia ser usado para manipular com segurança materiais perigosos e simular experiências de microgravidade sem a necessidade de ir ao espaço. Também poderia ser usado para o estudo de reações químicas em novas formas, como ver como os líquidos reagirem quando colocados abaixo de seus pontos de congelamento. Isso não funcionaria dentro de um recipiente, pois a superfície fria causaria instantaneamente a solidificação – no entanto, o líquido flutuando pode ser mantido fluído, mesmo a temperaturas muito baixas.

Não existe limite para o tamanho intrínseco de um objeto para o sistema levitar. Em vista disso, pode ser possível flutuar até um ser humano – uma vez que um corpo humano é apenas ligeiramente mais denso que a água.

No entanto, quanto maior o objeto, maior a amplitude necessária para as ondas sonoras, e pode ser uma aventura instável e perigosa. Se uma pessoa escorregar pra fora do seu nó, pode sofrer uma violenta dose de impulsos, pois uma grande amplitude significa grandes forças ascendentes ou descendentes. “Não estou 100% certo se uma pessoa sobreviveria às forças acústicas”, afirma Poulikakos. [Newscientist, io9]

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