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Cos’è la Levitazione Acustica in grado di spostare oggetti grazie al suono

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La levitazione acustica è un fenomeno che si ottiene sfruttando principi fisici in grado di contrastare la forza di gravità. Più precisamente la levitazione acustica è una tecnica che permette di muovere piccoli oggetti solidi o liquidi nell’aria senza che vengano “toccati” ma sfruttando la pressione generata dalle onde sonore. Tramite le forze di radiazione acustica si contrasta la gravità con il risultato di riuscire a sospendere gli oggetti a mezz’aria. 

La levitazione acustica è stata dimostrata per la prima volta circa un secolo fa. Dopo questo importante traguardo gli scienziati si sono “limitati” a sospendere oggetti più piccoli della lunghezza d’onda acustica prodotta in posizioni fisse nello spazio. 

Recenti progressi nella levitazione acustica hanno però consentito non solo di sospendere oggetti a mezz’aria ma anche di ruotarli in tre dimensioni. Inoltre non è più limitata ai piccoli oggetti ma può essere impiegata per far levitare oggetti più grandi della lunghezza d’onda acustica prodotta e utilizzata. 

Vediamo di conoscere nella sua interezza questo spettacolare fenomeno.

Un po’ di storia

Le prime testimonianze di questo principio fisico vennero introdotte da Henry Kjellson, un ingegnere svedese costruttore d’aeroplani. Nel suo libro intitolato “The lost techniques” parlò di un episodio avvenuto in un monastero tibetano. Documentò come dei monaci buddisti riuscissero a sollevare massi molto pesanti e a spostarli fino a 250 metri d’altezza utilizzando unicamente la levitazione acustica.

Riprese questi monaci spostare e sollevare grosse pietre di pesi differenti dal suolo col solo suono di tamburi e trombe.

La scienza ufficiale del tempo tolse di mezzo i filmati che furono ufficialmente confiscati e secretati dalla società inglese per cui l’uomo lavorava.

Fortunatamente oggi siamo in grado di spiegare e replicare questo fenomeno.

Come funziona la levitazione acustica

Un levitatore acustico è formato due componenti principali: un trasduttore, una superficie vibrante che emette il suono e un riflettore che riflette le onde emesse dal trasduttore. 

Spesso il trasduttore e il riflettore hanno superfici concave per aiutare a concentrare il suono all’interno di un’area definita. L’onda sonora emessa dal trasduttore rimbalza sul riflettore. 

La capacità di sospendere gli oggetti a mezz’aria di questa onda riflettente si basa su tre proprietà:

L’onda

L’onda, come tutto il suono, ha una direzione e pressione longitudinale. In un’onda longitudinale il movimento dei vari punti di cui è costituita sono paralleli alla direzione finale dell’onda. 

Per spiegare meglio il concetto immagina uno Slinky. Ricordi la molla elicoidale di acciaio o di plastica, lunga, molto flessibile ed elastica, usata come giocattolo? Quella che se spinta scendeva le scale allungandosi per poi ritornare nella stessa posizione. L’onda ha lo stesso tipo di movimento che vedresti se spingessi e tirassi un’estremità di uno Slinky allungato. 

La riflessione

Un’onda può rimbalzare sulle superfici. Ne consegue la legge della riflessione la quale afferma che l’ angolo di incidenza, ovvero l’angolo in cui qualcosa colpisce una superficie, è uguale all’angolo di riflessione cioè l’angolo in cui lascia la superficie. 

In pratica un’onda sonora rimbalza su una superficie con lo stesso angolo con cui colpisce la superficie. Un’onda sonora che colpisce frontalmente una superficie con un angolo di 90 gradi si rifletterà all’indietro allo stesso angolo. 

Per utilizzare sempre lo Slinky come esempio, immagina di attaccare ad una superficie un’estremità. Se prendessi l’estremità libera dello Slinky e lo spostassi rapidamente verso l’alto e poi verso il basso, avresti fatto viaggiare un’onda per tutta la lunghezza della molla. L’onda una volta raggiunta l’estremità fissa della molla, si rifletterebbe dalla superficie e tornerebbe indietro verso di te. 

L’interferenza

Quando un’onda sonora si riflette su una superficie l’interazione tra le sue compressioni e le rarefazioni, cioè la diminuzione della frequenza delle onde, provoca interferenze

Le compressioni che incontrano altre compressioni si amplificano a vicenda, mentre le compressioni che incontrano rarefazioni si bilanciano a vicenda. La combinazione tra la riflessione e l’interferenza danno origine ad un’onda stazionaria.

Cosa provoca la levitazione acustica

Le onde stazionarie anziché viaggiare da un luogo all’altro come un’onda classica si sposta avanti e indietro o addirittura vibra. Questa illusione di quiete è ciò che dà il nome alle onde in piedi responsabili della levitazione acustica.

Le onde sonore stazionarie hanno delle aree di pressione minima e aree di pressione massima chiamati nodi. I nodi di un’onda stazionaria sono al centro della levitazione acustica.

Immagina un fiume con rocce e rapide. L’acqua è calma in alcune parti del fiume ed è turbolenta in altre. I detriti che galleggiano e la schiuma tendono a depositarsi nelle zone calme del fiume. Per fare in modo che un oggetto galleggiante rimanga fermo in una parte del fiume che è in rapido movimento, l’oggetto dovrebbe essere ancorato o spinto nella direzione opposta al flusso dell’acqua. Questo è essenzialmente ciò che fa un levitante acustico.

Posizionando il riflettore alla giusta distanza dal trasduttore, il levitatore acustico crea un’onda stazionaria. Quando l’orientamento dell’onda è parallela all’attrazione della forza di gravità e le onde stazionari hanno una pressione discendente e ascendente costante si ottiene il galleggiamento a mezz’aria dell’oggetto.

Applicazioni della levitazione acustica

Le applicazioni di questo principio sono numerose. Un esempio di ciò che è possibile ottenere con la levitazione acustica possiamo vederlo in questo video:

Questo metodo di levitazione acustica descritto sulla rivista “Proceedings of the National Academy of Sciences” da Daniele Foresti del dipartimento d’Ingegneria meccanica del Politecnico di Zurigo, è in grado di garantire un preciso controllo del movimento.

La pressione esercitata del tocco delle nostre dita provocano deformazioni nei materiali. Queste deformazioni seppur minime possono compromettere la perfetta reazione chimica tra due liquidi o altri tipi di sostanze.
Alcuni esperimenti  dimostrando i vantaggi della levitazione come ad esempio per la trasfezione del Dna. Il processo di trasfezione è quel processo che consente di inserire parti di DNA all’interno delle cellule. Questa tecnica è molto utilizzata in ambito medico e farmaceutico durante la ricerca di vaccini e durante la creazione di nuovi farmaci. Con la levitazione acustica si potrebbero veicolare solidi e liquidi evitando le problematiche che insorgono con le tecniche tradizionali a causa della pressione.

In questo video invece, i ragazzi del BIG (Bristol Interaction Group) ci fanno vedere come attraverso dei guanti levitatori, è possibile catturare, spostare e combinare particelle di materia:

Fonti :

https://www.vice.com/it/article/mgb59b/the-best-way-to-levitate-things-using-sound

https://www.lescienze.it/news/2013/07/17/news/levitazione_acustica_controllo_oggetti-1745459/

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