Levitação com ondas de som movimenta objetos no ar

Redação do Site Inovação Tecnológica - 19/07/2013

O palito de dentes é suspenso e rotacionado pelas ondas acústicas.
[Imagem: 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.

O aparato consiste em um conjunto parecido com um tabuleiro de damas, formado por placas vibratórias, cada uma gerando sua própria frequência.
[Imagem: Daniele Foresti/ETH Zurich]

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.

Os pesquisadores moveram um grão de café instantâneo para junto de uma gota de água e fizeram os dois se misturar em pleno ar.
[Imagem: Dimos Poulikakos]

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.

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