Sábado, 17 de Agosto de 2013

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Levitação com ondas de som movimenta objetos no ar

Os pesquisadores acreditam que a técnica poderá ser usada para manipular materiais perigosos, estudar reações químicas e até simular a microgravidade do espaço.

Publicada: 23/07/2013 - 22h25m|Fonte: Inovação Tecnológica|Versão para impressão|

  • O palito de dentes é suspenso e rotacionado pelas ondas acústicas
  • O palito de dentes é suspenso e rotacionado pelas ondas acústicas
    Foto: Daniele Foresti/ETH Zurich
Pesquisadores suíços criaram um sistema de levitação sônica que não impõe nenhuma restrição sobre o objeto a ser levitado.

Já existem diversos sistemas de levitação usando campos magnéticos ou campos elétricos, mas eles exigem que o objeto a ser levitado tenha propriedades magnéticas ou elétricas.

Um dos criadores do grafeno, Andre Geim, foi ridicularizado antes de ganhar o Nobel por ter levitado um sapo, mas o feito exigiu um campo magnético fortíssimo.

Levitação com ondas de som

Com a levitação por ondas sonoras não há tais constrangimentos. Embora os experimentos com levitação sônica também sejam antigos, até agora eles eram pouco flexíveis.

No ano passado, Chris Benmore demonstrou a levitação sônica deixando gotas de água suspensas no ar pela pressão combinada das ondas sonoras de dois alto falantes.

Daniele Foresti e seus colegas do Instituto Federal de Tecnologia de Zurique foram mais caprichosos, e criaram um sistema de múltiplos alto-falantes que permite a manipulação precisa do objeto levitado.

Embora o protótipo só tenha conseguido levitar gotas de líquidos e um palito de dentes, em tese essa técnica poderá ser usada para levitar qualquer coisa.

Os pesquisadores acreditam que a técnica poderá ser usada para manipular materiais perigosos, estudar reações químicas e até simular a microgravidade do espaço.

E não é necessário se preocupar com o barulho: os cientistas usaram ondas de alta frequência - 24 quilohertz (kHz) - que não são captadas pelo ouvido humano, embora o ruído certamente irá assustar gatos, cães e ratos.

Levitação sônica

Um objeto atinge o estado levitado quando todas as forças que atuam sobre ele estão em equilíbrio, deixando-o estacionário no ar. Em outras palavras, a força da gravidade, que puxa o objeto para baixo, é anulada por uma força de igual intensidade no sentido oposto.

Esta força vem das ondas acústicas, que o aparelho gera quando uma onda estacionária entre um emissor e um refletor reverbera as ondas acústicas. A força da onda acústica atua contra o objeto, evitando que ele caia devido à gravidade. O conceito é similar ao de um jato de ar de um ventilador mantendo uma bola de pingue-pongue no ar.

O aparato consiste em um conjunto parecido com um tabuleiro de damas, formado por placas vibratórias, cada uma gerando sua própria frequência. Variando-se a frequência de cada placa é possível mover o campo acústico e, por decorrência, o objeto levitado, fazendo-o mover-se de forma controlada.

Em um dos experimentos, Foresti moveu um grão de café instantâneo para junto de uma gota de água e fez os dois se misturarem, tudo no ar. Em outra experiência, ele misturou duas gotículas de líquido com diferentes valores de pH, um alcalino e outro ácido, gerando uma gotícula que contém um pigmento fluorescente que brilha apenas com pH neutro.

Possibilidades e limitações

Segundo o pesquisador, a técnica de levitação por ondas sonoras tem uma ampla gama de aplicações possíveis. É possível mover de forma controlado vários objetos em paralelo, o que é interessante para aplicações industriais e de laboratório.

Apesar das potencialidades, ainda há restrições e alguns cuidados devem ser tomados.

Por exemplo, se as ondas acústicas exercerem uma força maior do que a tensão superficial do líquido, a gota explode espetacularmente - eles fizeram testes com água, hidrocarbonos e vários solventes.

A maior limitação, contudo, é o diâmetro máximo do objeto a ser levitado, que corresponde à metade do comprimento de onda da onda sonora que está sendo usada.

Bibliografia:

Acoustophoretic contactless transport and handling of matter in air
Daniele Foresti, Majid Nabavi, Mirko Klingauf, Aldo Ferrari, Dimos Poulikakos
Proceedings of the National Academy of Sciences
Vol.: Published online before print
DOI: 10.1073/pnas.1301860110

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