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用声波可悬浮并移动物体?

[2015-07-17] 作者:世界未解之迷网 阅读量: 分享到_微信朋友圈:

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  多年前,科学家就已掌握了如何利用声波把一些小物体悬浮起来。而现在科学家懂得如何在此基础之上移动这些小物体。

  悬浮物体并不是很新的技术,光、电场和磁场都可以使物体悬浮起来。但是这些技术都存在着不足。例如,光只可以悬浮非常微小的物体,最大也不过是一个细胞大小。而可被电或磁悬浮起来的物体必须具有电磁属性。声波就没有这些不足了,它可悬浮比细胞更大的物体,并且不需要物体具有特定的属性。

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  那么声波是如何悬浮物体的呢?原理其实很简单。声波是一种压力波,可产生向上的压力以抵消重力。为了使物体稳定地悬浮起来,必须保证压力在某些点上稳定不变,而驻波——一种无法前进的波——就可以满足这个条件。悬浮物体的仪器主要是由开口向上的扬声器和其正上方的反射板构成。扬声器产生的特定频率的声波遇到反射板时就会原路返回,发射波和反射波互相叠加就可产生驻波。在驻波上存在一系列静止不动的节点,在这些节点上存在稳定的压力,只要调整好声波的频率,就可使得这些节点的压力正好抵消掉重力,这样在节点上的物体就可以悬在空中了。

  如何在此基础之上移动物体呢?最近来自瑞士的研究人员终于解决了这个问题。他们建了一个由许多小的扬声器排列成的方阵,每一个扬声器的直径大小为15毫米,每个扬声器的上面也有对应的反射板。如果在扬声器方阵上有悬浮物体的话,那么研究人员缓慢调低悬浮物体下面扬声器的功率,提高相邻扬声器的功率,这样物体就会滑动到旁边的扬声器上,不断重复这样的过程,物体就可以平行移动了。

  悬浮并移动一个类似水滴的小物体,声音强度需要达到160到165分贝,这相当于火箭发射时产生的声音强度。所以过去的科学家直接把仪器放到特殊的隔音室内,以防止对自己的耳朵产生害处。而这次,研究人员把声音频率调到2万赫兹,这个频率已经高出了人类听觉的频率范围,不会对人耳朵造成伤害。

  研究人员使用这台仪器做了多次悬浮并移动小物体的实验。例如,把两滴水融合或者分开,移动一粒微尘去接触水滴等等。另外,研究人员还使用这台仪器来实现DNA转染。所谓DNA转染,就是把一段别的DNA渗入到细胞内,并使得此细胞获得新的遗传性的过程。研究人员发现,由于使用这台仪器可以使实验在悬浮状态进行,所以可以提高DNA转染的成功率,从而节省了原材料。

  这台仪器悬浮并移动的,只能是密度小于或等于水的物体,对于物体大小和形状没有要求。研究人员曾成功悬浮并移动了一根牙签,使这根牙签横跨了5个扬声器。如果想要悬浮并移动密度更大的物体,那就得提高声音的强度了。

  用声音悬浮并移动物体的技术具有很多潜在的应用。例如在生物药剂学方面,使用这种技术就可以使药剂溶质在溶液蒸发时处在悬浮状态,这样最终留下的药剂没有晶体结构,这种药剂会比有晶体结构的药剂更容易被人体吸收。另外也可以使用这种技术去操控那些危险的化学物质,而不会对相关容器产生损害。

    
    

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