초음파 마술 지팡이 12.01.2015

"Wingardium Leviosa" - 이러한 주문은 Harry Potter에 관한 동화 시리즈의 캐릭터가 마술 지팡이의 물결로 물체를 공중으로 날아가도록 만드는 데 사용되었습니다. 그러나 작가와 감독이 새롭고 환상적인 이야기를 만들어내는 동안 과학은 단계적으로 이전에는 불가능해 보였던 일들을 현실로 만듭니다. 이번에는 공중에서 물체를 움직이는 것, 즉 공중부양에 관한 것이었습니다. 부상은 눈에 보이는 지지대가 없는 물체가 공중에 떠 있거나 움직이는 물리적 효과라고 할 수 있습니다. 예를 들어, 이전에 낮은 온도로 냉각된 초전도 물질 위에 일반 자석을 놓으면 "기적"이 발생합니다. 자석은 낮은 고도에서 공중에 자유롭게 떠 있습니다. 이것은 초전도체에서 자기장의 특별한 거동 때문입니다.

이러한 현상은 매우 흥미롭긴 하지만 실제 사용에는 거의 사용되지 않습니다. 액체 질소의 온도로 냉각된 초전도체 위로 자석을 이동할 필요가 모든 사람에게 발생하지는 않습니다. 물체의 성질에 관계없이 비접촉으로 물체를 움직이는 방법이 발명된다면 완전히 다른 문제입니다. 이러한 발명은 물질의 극도의 순도가 중요한 분야에서 널리 요구될 것입니다. 예를 들어, 제약 또는 마이크로일렉트로닉스의 경우: 물질과의 추가 접촉으로 원치 않는 불순물이 들어갈 수 있습니다. 브라질 상파울루 대학의 물리학자들은 작은 물체를 공중에 띄울 뿐만 아니라 올바른 방향으로 움직이는 방법을 제안했습니다.

중력을 극복하기 위해 연구원들은 음파가 가하는 압력을 사용했습니다. 풀볼륨으로 작동하는 강력한 스피커 앞에 서면 사운드의 위력을 느낄 수 있습니다. 소리는 모든 매체에서 발생하는 진동입니다. 공기, 물 또는 고체 물질일 수 있습니다. 음파가 전파될 수 있는 매체가 없기 때문에 공간에는 음파가 없습니다. 진공은 소리 없는 공허입니다. 물리적인 관점에서 공기 중 소리의 전달은 고기압과 저기압 영역의 이동입니다. 압력 변동은 기계적 물체에 작용할 수 있는 힘을 생성합니다. 이것이 우리의 귀가 배열되는 방식으로, 우리 주변의 소리가 고막의 진동을 통해 뇌로 전달되는 곳입니다.

이제 우리는 진동의 또 다른 특징인 정상파의 존재를 기억해야 합니다. 가장 간단한 예: 긴 로프의 한쪽 끝을 고정하고 다른 쪽 끝을 일정한 빈도로 위아래로 움직이면 로프의 일부 지점이 움직이지 않습니다. 이러한 정상파의 형성은 두 개의 파도의 중첩으로 인해 발생합니다. 즉, 로프의 자유단의 움직임에 의해 생성된 원본과 반사파입니다. 음파가 중첩될 때 발생하는 효과는 개발된 초음파 부상 방법의 기초가 되었습니다. 이미 터는 일정 거리에 위치한 표면에서 반사되는 초음파를 방출합니다. 방사파와 반사파가 합쳐져 ​​회랑과 같은 형태를 띠며 고기압과 저기압이 번갈아 나타납니다. 물체가 정상 초음파 영역에 떨어지면 파도의 에너지는 중력을 보상하기에 충분하며 부상의 효과를 관찰합니다.

초음파 부상 방식이 몇 년 전부터 개발되기 시작했음에도 불구하고 공중에서 물체를 안정적으로 유지하는 것은 쉽지 않았습니다. 오랫동안 충분한 출력의 안정적인 정재 초음파를 생성하는 것은 불가능했습니다. 이미 터 또는 반사경의 약간의 움직임과 그 효과는 사라졌습니다. 이 문제를 해결하기 위해 Marco Andrade와 그의 동료들은 다중 반사에 기반한 정상파 형성 원리를 사용했습니다. 그들은 시스템을 미세 조정하지 않고도 작은 플라스틱 공의 공중 부양을 달성할 수 있는 특별한 오목한 초음파 반사기를 만들었습니다. 웨이브 리플렉터를 손에 들고 있어도 공중부양 효과는 사라지지 않습니다. 최근까지는 불가능해 보였습니다. 이 기술은 실제 적용할 가능성이 훨씬 더 많습니다.