Akustisk levitation är en kontaktlös metod för att sväva föremål genom att utnyttja akustiskt strålningstryck. Den använder ljudvågor för att skapa stabila noder i luften där föremål kan hållas svävande. Här är en förenklad förklaring av hur akustisk levitation fungerar:

1. Stående akustiska vågor:

Akustisk levitation bygger på stående akustiska vågor, som skapas genom överlagring av ljudvågor som reflekteras från en yta. Dessa vågor bildar trycknoder och antinoder, vilket skapar områden med omväxlande högt och lågt tryck.

2. Akustiskt strålningstryck:

Ljudvågor bär momentum, som utövar tryck på föremål. Detta fenomen är känt som akustiskt strålningstryck. Trycket som utövas av ljudvågor är proportionellt mot kvadraten på ljudvågens amplitud och mediets densitet.

3. Levitationskraft:

När ett föremål placeras i ett akustiskt stående vågfält upplever det akustiska strålningstryckkrafter från alla riktningar. Nettokraften på objektet riktas mot närmaste trycknod. Denna kraft motverkar gravitationen, vilket gör att föremålet kan sväva.

4. Leviterande objekt:

Föremål som är akustiskt leviterade bör ha vissa egenskaper. De bör ha en densitet som är lägre än den för det omgivande mediet (luft), och de bör ha en hög akustisk impedans. Detta säkerställer effektiv överföring av akustisk energi till objektet, vilket förstärker levitationseffekten.

5. Ultraljudsfrekvenser:

Akustisk levitation använder vanligtvis högfrekventa ljudvågor, vanligtvis inom ultraljudsområdet (över 20 kHz). Användningen av ultraljudsfrekvenser minskar våglängden, vilket möjliggör skapandet av mindre trycknoder och mer exakt levitation.

6. Givvandlare och reflektorer:

För att generera stående akustiska vågor använder akustiska levitationssystem givare som avger högfrekventa ljudvågor. Reflektorer placeras mittemot givarna för att studsa ljudvågorna tillbaka och skapa det stående vågmönstret.

7. Levitationskammare:

Akustiska levitationsexperiment utförs ofta i en kammare för att minimera yttre störningar. Kammaren är vanligtvis utformad för att ha höga ljudabsorberande egenskaper för att förhindra oönskade reflektioner.

8. Program:

Akustisk levitation har olika tillämpningar inom forskning och industri, inklusive:

- Behållarlös bearbetning av material

- Studera materialegenskaper under mikrogravitationsförhållanden

- Blanda vätskor eller pulver utan kontaminering

- Icke-förstörande provning av material

- Biomedicinsk forskning

– Konst och underhållning

Akustisk levitations förmåga att manipulera föremål utan fysisk kontakt gör det till en värdefull teknik i områden där exakt kontroll och frånvaro av kontaminering är avgörande.