viernes, 25 de noviembre de 2016

Levitación acústica

La levitación acústica es un curioso fenómeno que utiliza las propiedades del sonido para elevar pequeños sólidos o líquidos como si fuera ciencia ficción. Hace levitar esos pequeños objetos como si fuera un truco de magia, pero todo es ciencia. Utiliza las propiedades del sonido utilizando como variables, la gravedad, el aire y el propio sonido.


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Como sabemos, la gravedad es la fuerza que hace que los objetos se atraigan hacia el centro de la Tierra. Isaac Newton explico que cada partícula del universo atrae a otra partícula. Cuanto mas masivo es un objeto, mas fuerte atrae a otro objetos. Cuanto mas cerca están los objetos, más fuertemente se atraen unos a otros. Un objeto enorme como la Tierra, atrae fácilmente a los objetos cercanos, como puede ser la manzana que cuelga de un árbol (acordaros como surgió esta idea, Newton sentado debajo de un manzano y cae una manzana de él). La gravedad existe en todas las partes del universo.



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El aire es un fluido que se comporta igual que los líquidos, compuesto por micropartículas que se mueven en relación entre sí, ademas el aire también se mueve como el agua. Las partículas de los gases, como las que componen el aire, están simplemente mas separadas y se mueven mas rápido que las partículas en los líquidos.


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Por último, el sonido es una vibración que viaja a través de un medio, como un gas, un líquido o un objeto sólido. La fuente de un sonido es un objeto que se mueve o cambia de forma muy rápidamente. Como en una campana, que vibra el aire, que emite ondas sonoras. Pues bien, las ondas sonoras viajan a medida que las moléculas en movimiento empujan y tiran de las moléculas que las rodean. Cada molécula mueve la que está a su lado. Sin este movimiento, el sonido no podía viajar, por lo que no hay sonido en el vació.





El experimento del levitador acústico tiene dos partes principales, un transductor, que es una superficie vibrante que hace el sonido, y un reflector. A veces, el transductor y el reflector tienen superficies cóncavas para ayudar a enfocar el sonido. Una onda acústica se aleja del transductor y rebota del reflector.


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Una onda, como todo el sonido, es una onda de presión longitudinal. En una onda longitudinal, el movimiento de los puntos en la onda es paralelo a la dirección en que la onda viaja. Es el tipo de movimiento que se vería si tiraras de un muelle como el Slinky estirado.


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En cambio, el sonido se representa como una onda transversal, que es lo que se vería si se mueve rápidamente un extremo del Slinky arriba y abajo. Las ondas transversales son más fáciles de visualizar que las ondas longitudinales.


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En segundo lugar, la onda puede rebotar fuera de las superficies. Sigue la ley de la reflexión, que establece que el ángulo de incidencia (ángulo en el que algo golpea una superficie), es igual al ángulo de reflexión (ángulo en el que sale de la superficie). Dicho de otro modo, una onda sonora rebota sobre una superficie en el mismo ángulo en el que golpea la superficie. Una onda de sonido que golpea una superficie en un ángulo de 90º se refleja de una manera recta hacia atras en el mismo angulo.


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Finalmente, cuando una onda sonora se refleja en una superficie, la interacción entre sus compresiones y rarefacciones causa interferencia. Las compresiones que se encuentran con otras compresiones se amplifican entre sí, y las compresiones que se encuentran con rarefacciones se equilibran entre sí. A veces, la reflexión y la interferencia pueden combinarse para crear una onda estacionaria. Las ondas permanentes parecen moverse hacia adelante y hacia atrás o vibrar en segmentos en lugar de viajar de un lugar a otro. Esta ilusión de quietud es lo que da a las ondas permanentes su nombre.


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Las ondas sonoras permanentes tienen nodos definidos, o áreas de presión mínima, y antinodos, o áreas de presión máxima. Los nodos de una onda estacionaria están en el corazón de la levitación acústica. Colocando un reflector a la distancia correcta de un transductor, el levitador acústico crea una onda estacionaria. Cuando la orientación de la onda es paralela a la atracción de la gravedad, las porciones de la onda estacionaria tienen una presión constante hacia abajo, y otras tienen una presión constante ascendente. Ademas los nodos tienen muy poca presión.

De ahí que en el espacio, donde hay poca gravedad, las partículas flotantes se acumulan en los nodos de la onda estacionaria, que están quietas y tranquilas.






Fuente: YouTube / howstuffworks


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