Här på jorden, allt är föremål för gravitation - det får föremål att falla till marken och floder rinner från högre mark till havet. Vi vet vad som skulle hända utan det, tack vare bilder av astronauter som flyter runt sitt rymdskepp. Men kan vi designa en maskin mot tyngdkraft, något som skulle få föremål att falla uppåt, haven svävar, och båtar flyter upp och ner?

Flera imaginära världar skildrar detta koncept, som den av Pirates of the Caribbean 3 , där kapten Jack Sparrow lyckas få sitt skepp att flyta på undersidan av ett hav där "up is down". I mangan En bit , äventyrare utforskar ett hav ovanför molnen. Kan detta hända i den verkliga världen?

Omvänd pendel

I början av 1900 -talet, ett häpnadsväckande experiment utfördes. Den använde en pendel som liknade den som professor Calculus använde i serierna "Tintin", liknar en stel stav med en vikt i slutet. När pendeln är inverterad vertikalt, med vikten överst, du skulle förvänta dig att den skulle falla tillbaka vid minst störning. Men om vi får pendeln att vibrera vertikalt, det kommer att förbli i upp och ner-läge. Pendeln förblir inverterad, trotsa gravitation. Vem som helst kan göra detta experiment hemma, med hjälp av en enkel högtalare eller sticksåg för att vibrera pendeln. En kedja av pendlar kopplade till varandra kan också stabiliseras upp och ner. Med tillräckligt med vibrationer, det skulle till och med vara teoretiskt möjligt att få ett rep att stå upp i luften som ett magiskt knep - men utan att lura! Dock, i praktiken är det svårt att uppnå en vibrationshastighet som är tillräckligt snabb för denna version av experimentet.

Nobelpriset i fysikpristagare Pyotr Kapitza fann förklaringen till detta fenomen på 1950 -talet. Det är en dynamisk effekt - vibrationerna fungerar som en stabiliserande kraft på pendelns vikt för att hålla den balanserad. Denna kraft kan matematiskt hittas från korrelationer mellan vibrationen hos upphängningspunkten som förbinder motorn och pendeln och pendelns position.

Vätska upp och ner?

Daglig erfarenhet visar oss att vätska inte heller förblir inverterad:när ånga kondenseras på ett kastrullock eller när du målar ett tak, droppar kommer att bildas och så småningom falla.

Men när taket får vibrationer vertikalt, vi observerar att dessa hängande droppar återabsorberas i vätskeskiktet, som plattar ut som om gravitationen var inverterad. Det är samma fenomen på jobbet som för pendeln. Att vibrera de hängande dropparna skapar kraft som går uppåt, motsätter sig sin massa. Med tillräckligt med vibrationer, hela vätskeskiktet förblir stabilt.

Vad händer med ett föremål som placeras i en svävande vätska?

När ett föremål är nedsänkt i en vätska, dess beteende beror på dess densitet. Ett föremål som är mindre tätt än vätskan kommer att flyta upp till ytan, medan en tätare kommer att sjunka. Det är därför, till exempel, en luftbubbla i botten av en hink med vatten kommer att flyta till ytan (eftersom luft är mindre tät än vatten vid atmosfärstryck). Dock, tidigt i rymdloppet, ett märkligt fenomen observerades. Gasbubblor i raketbränsle skulle sjunka snarare än att flyta till ytan under påverkan av vibrationer under flygning, vilket kan få allvarliga konsekvenser. Omfattande studier gjorda på detta bisarra fenomen avslöjade att svängningarna av bubblorna orsakade av raketens vibration resulterade i kraft som gick nedåt, motsätter sig Arkimedes princip.

Detta experiment kan enkelt reproduceras med en behållare full av en vätska som får vibrationer. Du kan använda en spruta för att skapa bubblor i vätskan och kontrollera deras rörelse genom att ändra badets vibrationsfrekvens.

Om du injicerar mer luft, det är till och med möjligt att fylla hela behållarens botten, så att vätskan svävar på en luftdyna. Det kan tyckas paradoxalt men precis som det gör med pendeln eller de flytande skikten, vibrationen stabiliserar vätskan och förhindrar att den flyttas. Eftersom det inte kan låta luften fly, den förblir i avstängning. Ju större vätskeskikt, den mer energiska vibrationen krävs. Vår vibrator tillät oss att lyfta en halv liter vätska. Fortfarande långt från ett hav, men tillräckligt för att skapa en miniatyrvärld att leka med!

Topsy-turvy världen

Nu när inredningen är på plats, det är dags att föreställa sig hur livet skulle se ut i en sådan värld. Kan vi simma eller flyta under detta hav? Svaret är långt ifrån självklart - men det verkar som om vi kunde, precis som vi kunde flyta ovanpå! När du flyter, det är absolut ingen skillnad mellan att vara ovanpå eller under vätskan. Källan till denna "anti-gravitation" är densamma-vibrationer. På en yta som inte borde finnas, det stabiliserar flottörer som inte har något att göra där. De ursprungliga effekterna av vibrationer på vätskor är fortfarande i stort sett outforskade och har många möjliga tillämpningar. Vibrationer kan ge energi till vätskor i en differentierad, lokaliserat sätt, utan behov av direktkontakt. I framtiden, detta kan användas för att ändra jämvikt för avsaltning, till exempel, eller för att separera blandningar av vätskor, liksom element blandade i vätskorna, för behandling av avloppsvatten och oljeutsläpp, till exempel.

Det är, först och främst, en inbjudan till din fantasi. Sådana experiment får dig att drömma om båtar som korsar vägar utan att få syn på varandra, eller en himmel full av segelbåtar. Det räcker för att få Archimedes att hoppa ur sitt bad - eller att välta badkaret helt och hållet.

Denna artikel publiceras från The Conversation under en Creative Commons -licens. Läs originalartikeln.