Hier op aarde, alles is onderhevig aan de zwaartekracht - het laat objecten op de grond vallen en rivieren stromen van hoger gelegen grond naar de zee. We weten wat er zou gebeuren zonder dankzij beelden van astronauten die rond hun ruimteschip zweven. Maar kunnen we een anti-zwaartekrachtmachine ontwerpen, iets waardoor voorwerpen naar boven zouden vallen, oceanen zweven, en boten ondersteboven drijven?

Verschillende denkbeeldige werelden verbeelden dit concept, zoals die van Pirates of the Caribbean 3 , waar Captain Jack Sparrow erin slaagt zijn schip te laten drijven op de onderkant van een oceaan waar "up is down". in de manga Een stuk , avonturiers verkennen een zee boven de wolken. Zou dit in de echte wereld kunnen gebeuren?

Omgekeerde slinger

In het begin van de 20e eeuw, een verbazingwekkend experiment werd uitgevoerd. Het gebruikte een slinger vergelijkbaar met die gebruikt door professor Zonnebloem in de "Kuifje" strips, lijkt op een stijve staaf met een gewicht aan het einde. Wanneer de slinger verticaal wordt omgekeerd, met het gewicht bovenaan, je zou verwachten dat het bij de minste verstoring terug zou vallen. Maar als we de slinger verticaal laten trillen, het blijft in de omgekeerde positie. De slinger blijft omgekeerd, de zwaartekracht tarten. Iedereen kan dit experiment thuis doen, met behulp van een eenvoudige luidspreker of decoupeerzaag om de slinger te laten trillen. Een ketting van aan elkaar gekoppelde slingers kan ook ondersteboven worden gestabiliseerd. Met voldoende trillingen, het zou zelfs theoretisch mogelijk zijn om een ​​touw als een goocheltruc in de lucht te laten opstaan, maar zonder bedrog! Echter, in de praktijk is het moeilijk om een ​​trillingssnelheid te bereiken die snel genoeg is voor deze versie van het experiment.

Nobelprijswinnaar voor de natuurkunde Pyotr Kapitza vond de verklaring voor dit fenomeen in de jaren vijftig. Het is een dynamisch effect - de trillingen werken als een stabiliserende kracht op het gewicht van de slinger om het in evenwicht te houden. Deze kracht kan wiskundig worden gevonden uit correlaties tussen de trilling van het ophangpunt dat de motor en de slinger verbindt en de positie van de slinger.

Ondersteboven vloeistoffen?

De dagelijkse ervaring leert ons dat vloeistof ook niet omgekeerd blijft:wanneer stoom condenseert op het deksel van een pan of wanneer u een plafond schildert, druppeltjes zullen zich vormen en uiteindelijk vallen.

Maar wanneer het plafond verticaal trilt, we zien dat deze hangende druppeltjes weer worden opgenomen in de vloeistoflaag, die afvlakt alsof de zwaartekracht omgekeerd is. Het is hetzelfde fenomeen aan het werk als voor de slinger. Door de hangende druppeltjes te laten trillen ontstaat er kracht naar boven, tegen hun massa. Met voldoende trillingen, de hele vloeistoflaag blijft stabiel.

Wat gebeurt er met een voorwerp dat in een zwevende vloeistof wordt geplaatst?

Wanneer een voorwerp in een vloeistof wordt ondergedompeld, zijn gedrag hangt af van de dichtheid. Een voorwerp dat minder dicht is dan de vloeistof zal naar de oppervlakte drijven, terwijl een dichtere zal zinken. Dat is waarom, bijvoorbeeld, een luchtbel op de bodem van een emmer water zal naar de oppervlakte drijven (aangezien lucht een lagere dichtheid heeft dan water bij atmosferische druk). Echter, vroeg in de Space Race, een vreemd fenomeen werd waargenomen. Gasbellen in raketbrandstof zouden onder invloed van trillingen tijdens de vlucht naar de oppervlakte zinken in plaats van drijven, die ernstige gevolgen kunnen hebben. Uitgebreide studies naar dit bizarre fenomeen onthulden dat de oscillaties van de bellen veroorzaakt door de trillingen van de raket ertoe leidden dat de kracht naar beneden ging, tegen het principe van Archimedes.

Dit experiment kan gemakkelijk worden gereproduceerd met een container vol vloeistof die is gemaakt om te trillen. U kunt een spuit gebruiken om bellen in de vloeistof te creëren en hun beweging te regelen door de trillingsfrequentie van het bad te veranderen.

Als u meer lucht injecteert, het is zelfs mogelijk om de hele bodem van de container te vullen, waardoor de vloeistof op een luchtkussen zweeft. Het lijkt misschien paradoxaal, maar net als bij de slinger of de vloeistoflagen, de trilling stabiliseert de vloeistof en voorkomt dat deze verschuift. Omdat het de lucht niet kan laten ontsnappen, het blijft in schorsing. Hoe groter de vloeistoflaag, hoe meer energetische vibratie nodig is. Met onze vibrator konden we een halve liter vloeistof optillen. Nog ver verwijderd van een oceaan, maar genoeg om een ​​miniatuurwereld te creëren om mee te spelen!

De wereld op z'n kop

Nu het decor er is, het is tijd om je voor te stellen hoe het leven eruit zou zien in zo'n wereld. Kunnen we onder deze oceaan zwemmen of drijven? Het antwoord is verre van voor de hand liggend, maar het lijkt erop dat we, net zoals we bovenop konden drijven! Wanneer drijvend, er is absoluut geen verschil tussen boven of onder de vloeistof zitten. De bron van deze 'anti-zwaartekracht' is dezelfde:trillingen. Op een oppervlak dat niet zou moeten bestaan, het stabiliseert drijvers die daar niets te zoeken hebben. De oorspronkelijke effecten van trillingen op vloeistoffen zijn nog grotendeels onontgonnen en hebben veel potentiële toepassingen. Trillingen kunnen vloeistoffen op een gedifferentieerde, gelokaliseerde manier, zonder direct contact. In de toekomst, dit zou kunnen worden gebruikt om het evenwicht voor ontzilting te verschuiven, bijvoorbeeld, of om mengsels van vloeistoffen te scheiden, evenals elementen gemengd in de vloeistoffen, voor de behandeling van afvalwater en het opruimen van olievlekken, bijvoorbeeld.

Het is, eerst en vooral, een uitnodiging tot uw verbeelding. Zulke experimenten doen je dromen van boten die paden kruisen zonder elkaar in het oog te krijgen, of een hemel vol zeilboten. Het is genoeg om Archimedes uit zijn bad te laten springen - of om de badkuip helemaal om te gooien.

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanuit The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees het originele artikel.