Вы можете преодолеть гравитацию, используя звуковые волны, магнетизм или даже электричество
Простым взмахом палочки Рон Уизли поднимает дубинку тролля высоко над головой в Гарри Поттере. Поттер и Философский камень. Используя изящные приемы боевых искусств, покорители стихий в телесериале «Аватар» запускают в небо валуны и волны воды. А героине Marvel Алой Ведьме достаточно простого жеста, чтобы отбросить своих врагов.
Вымышленным героям требуется магия или сверхспособности, чтобы поднимать предметы, не прикасаясь к ним. В реальном мире вам нужна физика. Оказывается, звук, магниты и электричество могут создавать силы, направленные вверх, достаточно мощные, чтобы нейтрализовать действие силы тяжести, направленной вниз.
Эта способность подвешивать предметы в воздухе может преобразить лабораторные эксперименты, транспортировку и многое другое. Только не ожидайте, что с помощью настоящей техники левитации можно будет подбрасывать в небо камни или плохих парней. По крайней мере, без некоторых возмутительных — и опасных — улучшений.
Давайте пошумим немного
Если вы когда-нибудь были на концерте, где музыка звучала так громко, что вы чувствовали, как она отдается у вас в груди, то вы не понаслышке знаете, какими сильными могут быть звуковые волны. Устройства акустической левитации используют эти вибрации для удержания предметов в воздухе.
“Вы можете представить себе это как очень сложную систему объемного звучания”, — говорит Люк Кокс. Акустический левитатор может содержать сотни маленьких динамиков. Эти динамики обычно издают шум с частотой 40 килогерц. Люди не могут слышать эти звуки. “Но если вы посмотрите на уровень звукового давления, он громче, чем реактивный двигатель”, — отмечает Кокс. Инженер-механик, он возглавляет компанию Impulsonics в Бристоле, Англия.
Звуковые волны от акустического левитатора создают в воздухе чередующиеся участки шума высокой и низкой интенсивности. Сила звука отталкивает объекты от шумных зон. В результате предметы, размещенные в тихих местах, останутся там, как если бы они были спрятаны в невидимых карманах. Тонкая настройка уровня шума, создаваемого каждым динамиком, может изменить положение этих карманов.
<загрузка iframe="ленивый" заголовок="Звуковые волны могут заставить эти частицы танцевать в воздухе | Новости науки" width="500" height="281" src="https://www.youtube.com/embed/S8IiUkJslbU?feature=встроено" frameborder="0" allow="акселерометр; автозапуск; запись в буфер обмена; зашифрованный носитель; гироскоп; картинка в картинке; веб-доступ" referrerpolicy="строгий исходный код при пересечении исходного кода" allowfullscreen>
Акустическая левитация может поднимать все типы материалов, твердых или жидких. Но он может поддерживать только очень маленькие и легкие устройства. Одними из самых тяжелых материалов, которые когда-либо использовались для серфинга на звуковых волнах, были пенополистирольные подушки (например, внутри мягких кресел).
Более высокие и широкие объекты нуждаются в более длинных и низкочастотных звуковых волнах, чтобы удерживать их. Допустим, вы хотите поднять в воздух человека, даже если он свернулся калачиком. По оценкам Кокса, для этого потребуются волны частотой не менее 275 Герц, длина которых составляет 1,25 метра (около 4 футов). Бас-гитары воспроизводят примерно такие низкие ноты. Но музыка, издаваемая левитатором на бас-гитаре, также должна быть убийственно громкой, чтобы сбить кого-то с ног.
“Вероятно, мне понадобится немало силовых установок”, — размышляет Кокс. “Но, возможно, это смог бы сделать большой ядерный реактор”.
Кроме того, вам нужно было бы защитить любого, кого вы поднимаете, от тепла, выделяемого таким количеством энергии. В противном случае ваше грубоватое басовое соло на ядерной энергии может буквально расплавить их лица.
Сила магнитов
Магниты, между тем, уже способны безопасно поднимать с земли объекты, намного превышающие размеры людей.Пожалуй, самым ярким примером такой грубой силы является поезд на магнитной подвеске. Магниты на его вагонах и рельсах взаимодействуют, создавая направленную вверх силу. Это позволяет поезду парить примерно в 10 сантиметрах (4 дюймах) над рельсами. Это позволяет поезду скользить практически без трения и двигаться в два раза быстрее, чем поездам, движущимся по рельсам.
Магнитная левитация применима не только к магнитным металлам, отмечает Эрик Северсон. Он инженер-механик из Университета Миннесоты в Миннеаполисе. Диамагнитные материалы также способны на это. Вблизи сильного магнита эти материалы могут стать слабомагнитными и начать отталкивать магнит. Сила отталкивания, хотя и слабая, может победить гравитацию.Графит, золото и многие другие вещества являются диамагнитными. Вода, белки и другие молекулы в живых тканях тоже являются диамагнитными.
<загрузка iframe="ленивый" заголовок="НИДЕРЛАНДЫ: БРИТАНСКИЕ И ГОЛЛАНДСКИЕ УЧЕНЫЕ ЗАСТАВИЛИ ЛЯГУШКУ ПАРИТЬ В ВОЗДУХЕ" width="500" height="281" src="https://www.youtube.com/embed/KlJsVqc0ywM?start=32& ;функция=встроенная" рамка="0" разрешить="акселерометр"; автозапуск"referrerpolicy="strict-origin-when-cross-origin" allowfullscreen>
В 1997 году два ученых, как известно, использовали этот факт для левитации лягушки. Они поместили существо внутрь магнита, сделанного из двух вложенных друг в друга витков проволоки. Поле, создаваемое устройством, составляло 16 тесла. Это примерно в 10 раз сильнее магнитов, используемых для сбора автомобилей на свалках. И этого было достаточно, чтобы удержать лягушку в верхней части внутреннего витка проволоки. Высота этого витка составляла 18 сантиметров (7 дюймов).
“Теоретически можно заставить человека плавать”, — говорит Северсон. Но вам понадобится чертовски мощный магнит. В 1998 году один из исследователей лягушек подсчитал, что вам понадобится поле в 40 тесла, создаваемое магнитом, работающим на 1 гигаватт мощности. Этоэто примерно половина мощности, вырабатываемой плотиной Гувера.
У магнетизма есть еще одна загвоздка: его малый радиус действия. Чтобы ощутить воздействие магнита, нужно находиться рядом с ним. Так что для того, чтобы что-то взлетело в небо, скорее всего, потребуются другие технологии.
Небо — это предел возможностей
Пауки-воздухоплаватели уже научились летать высоко. Стая этих существ однажды поразила и озадачила Чарльза Дарвина, когда он высадился на своем корабле примерно в 100 километрах (60 милях) от берега.
“Они прядут очень длинную нить из паучьего шелка, а затем, в процессе, подзаряжают себя электричеством”, — объясняет Игорь Баргатин. Это происходит благодаря трибоэлектричеству. “Они взлетают в электрическом поле Земли”, — говорит Баргатин. “После этого их просто уносит ветром”. Иногда паукообразных, находящихся в воздухе, уносит на километры в атмосферу.Баргатин — физик и инженер из Пенсильванского университета в Филадельфии. Когда он впервые услышал о пауках-воздухоплавателях, ему захотелось создать что-то, что имитировало бы их бескрылый полет. Но он понял, что эта паучья левитация не сработает для крупных объектов.Представьте, что вы пытаетесь поднять в воздух человека. “Заряд, который они должны были бы накопить, настолько велик, что вы начали бы создавать молнии вокруг себя”, — говорит Баргатин. Это было бы не просто опасно. Это также помешало бы вам когда-либо накопить достаточный заряд для взлета.
<загрузка iframe="ленивый" заголовок="Как пауки используют электричество для полета | Декодер" width="500" height="281" src="https://www.youtube.com/embed/Ja4oMFOoK50?feature=oembed " frameborder="0" разрешить="акселерометр; автозапуск; запись в буфер обмена; зашифрованный носитель; гироскоп; картинка в картинке; общий доступ к веб-ресурсам" referrerpolicy="allowfullscreen""строгий исходный код при перекрестном источнике">
В общем, левитация в реальном мире, скорее всего, никогда не будет соответствовать требованиям за сверхспособности, которые можно увидеть на экране. Тем не менее, это не обязательно должно быть броским, чтобы быть полезным.
С помощью акустической левитации можно обрабатывать крошечные электронные компоненты или лабораторные образцы, не прикасаясь к ним. Это снизило бы риск их загрязнения. Северсон использует магнитную левитацию, чтобы заставить детали двигателей плавать. Таким образом, они могут вращаться быстрее, не изнашиваясь.
Ученые все еще придумывают новые способы применения левитации — такие, которые используют естественные преимущества различных техник и не рискуют поджарить что-либо во время взлета.
<загрузка iframe="ленивый" заголовок="Катание на ховерборде Lexus в Испании" width="500" height="281" src="https://www.youtube.com/embed/bvYUq6Ox0Hc?feature=oembed " frameborder="0" allow="акселерометр; автозапуск; запись в буфер обмена; зашифрованный носитель; гироскоп; изображение-in-picture; web-share" referrerpolicy="strict-origin-when-cross-origin" разрешенный полноэкранный режим>
