1. Ondas acústicas estacionarias:
La levitación acústica se basa en ondas acústicas estacionarias, que se crean mediante la superposición de ondas sonoras reflejadas desde una superficie. Estas ondas forman nodos y antinodos de presión, creando regiones de presión alta y baja alternadas.
2. Presión de radiación acústica:
Las ondas sonoras transportan impulso, que ejerce presión sobre los objetos. Este fenómeno se conoce como presión de radiación acústica. La presión ejercida por las ondas sonoras es proporcional al cuadrado de la amplitud de la onda sonora y la densidad del medio.
3. Fuerza de levitación:
Cuando un objeto se coloca en un campo acústico de ondas estacionarias, experimenta fuerzas de presión de radiación acústica desde todas las direcciones. La fuerza neta sobre el objeto se dirige hacia el nodo de presión más cercano. Esta fuerza contrarresta la gravedad, permitiendo que el objeto levite.
4. Objetos levitantes:
Los objetos que levitan acústicamente deben tener ciertas características. Deben tener una densidad menor que la del medio circundante (aire) y deben tener una alta impedancia acústica. Esto asegura una transferencia eficiente de energía acústica al objeto, mejorando el efecto de levitación.
5. Frecuencias ultrasónicas:
La levitación acústica suele utilizar ondas sonoras de alta frecuencia, normalmente en el rango ultrasónico (por encima de 20 kHz). El uso de frecuencias ultrasónicas reduce la longitud de onda, lo que permite la creación de nodos de presión más pequeños y una levitación más precisa.
6. Transductores y Reflectores:
Para generar ondas acústicas estacionarias, los sistemas de levitación acústica utilizan transductores que emiten ondas sonoras de alta frecuencia. Los reflectores se colocan frente a los transductores para hacer rebotar las ondas sonoras y crear el patrón de onda estacionaria.
7. Cámara de Levitación:
Los experimentos de levitación acústica suelen realizarse en una cámara para minimizar las perturbaciones externas. La cámara suele estar diseñada para tener altas propiedades de absorción acústica para evitar reflejos no deseados.
8. Aplicaciones:
La levitación acústica tiene diversas aplicaciones en la investigación y la industria, entre ellas:
- Procesamiento de materiales sin contenedores.
- Estudio de propiedades de materiales en condiciones de microgravedad.
- Mezclar líquidos o polvos sin contaminación
- Ensayos no destructivos de materiales.
- Investigación biomédica
- Arte y entretenimiento
La capacidad de la levitación acústica para manipular objetos sin contacto físico la convierte en una técnica valiosa en áreas donde el control preciso y la ausencia de contaminación son cruciales.
