Brasileiros domam levitação acústica

Com informações do American Institute of Physics - 13/01/2015

As ondas estacionárias criam pontos de pressão em que as ondas sônicas anulam a força da gravidade, fazendo as esferas de poliestireno flutuarem.
[Imagem: Adaptado de Marcelo Andrade et al. -10.1063/1.4905130]

Levitação sônica

Uma equipe de pesquisadores da USP (Universidade de São Paulo) desenvolveu um novo dispositivo de levitação que consegue fazer pairar um pequeno objeto com um nível de controle nunca antes obtido por instrumentos similares.

Com destaque na capa da revista Applied Physics Letters, o dispositivo levita partículas de poliestireno refletindo ondas sonoras em um refletor côncavo. Alterando a orientação do refletor é possível movimentar as partículas em levitação.

Embora já existissem outros equipamentos de levitação sônica capazes de movimentar diferentes tipos de partículas, esses dispositivos sempre dependeram de um ajuste preciso, no qual a fonte do som e o refletor fiquem a distâncias de "ressonância" fixas e muito precisas, o que torna muito difícil controlar a posição dos objetos levitados.

Levitação com controle

O dispositivo feito pelos pesquisadores brasileiros mostra que é possível construir um aparelho de levitação "não-ressonante" - que não requer uma distância fixa de separação entre a fonte e o refletor.

Este pode ser um passo importante para a construção de aparelhos maiores que poderiam ser usados para lidar com materiais perigosos e materiais quimicamente sensíveis, como produtos farmacêuticos - ou para fornecer tecnologia para uma nova geração de brinquedos mirabolantes para as crianças.

"As fábricas modernas têm centenas de robôs para mover as peças de um lugar para outro," comentou Marco Aurélio Andrade, que liderou a pesquisa. "Por que não tentar fazer o mesmo sem tocar nas peças a serem transportadas?"

O aparelho que Marco Aurélio e seus colegas construíram só foi capaz de levitar partículas muito leves, bolinhas de poliestireno (isopor) de cerca de 3 mm de diâmetro. "O próximo passo é melhorar o dispositivo para levitar materiais mais pesados," promete ele.

Como a levitação acústica funciona

Em uma configuração típica, um aparelho de levitação acústica consiste em um cilindro superior com um transdutor - um alto-falante - que emite ondas sonoras de alta frequência. Quando essas ondas batem no fundo côncavo do aparelho - o refletor - elas são refletidas de volta.

As ondas refletidas, que estão subindo, interagem com ondas recém-emitidas, que estão descendo, produzindo o que é conhecido como ondas estacionárias, que têm pontos (ou nós) de pressão acústica mínima - se a força de radiação acústica nesses nós for forte o suficiente, ela pode neutralizar a força da gravidade e permitir que um objeto flutue no ar.

Nos dispositivos de levitação feitos até agora, a distância entre o emissor de som e o refletor tinha que ser cuidadosamente calibrada para se obter a ressonância e, por conseguinte, a levitação. Isto significa que a distância de separação dos dois deve ser igual a um múltiplo da metade do comprimento de onda das ondas sonoras. Se essa distância de separação é alterada, mesmo que ligeiramente, o padrão de onda estacionária é destruído e a levitação deixa de funcionar.

O novo aparelho de levitação não exige uma separação precisa. Na verdade, a distância entre o emissor de som e o refletor pode ser continuamente alterada em tempo de voo, sem afetar em nada o desempenho da levitação. "Basta virar o levitador e ele está pronto," resumiu Marco Aurélio.

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