Akoestische levitatie is een contactloze methode om objecten te laten zweven door gebruik te maken van akoestische stralingsdruk. Het maakt gebruik van geluidsgolven om stabiele knooppunten in de lucht te creëren waar objecten kunnen worden opgehangen. Hier is een vereenvoudigde uitleg van hoe akoestische levitatie werkt:

1. Staande akoestische golven:

Akoestische levitatie is gebaseerd op staande akoestische golven, die worden gecreëerd door de superpositie van geluidsgolven die door een oppervlak worden gereflecteerd. Deze golven vormen drukknopen en antinodes, waardoor gebieden met afwisselend hoge en lage druk ontstaan.

2. Akoestische stralingsdruk:

Geluidsgolven hebben momentum, wat druk uitoefent op objecten. Dit fenomeen staat bekend als akoestische stralingsdruk. De druk die door geluidsgolven wordt uitgeoefend, is evenredig met het kwadraat van de amplitude van de geluidsgolf en de dichtheid van het medium.

3. Levitatiekracht:

Wanneer een object in een akoestisch staande golfveld wordt geplaatst, ondervindt het akoestische stralingsdrukkrachten vanuit alle richtingen. De netto kracht op het object is gericht naar het dichtstbijzijnde drukknooppunt. Deze kracht gaat de zwaartekracht tegen, waardoor het object kan zweven.

4. Zwevende objecten:

Objecten die akoestisch zweven moeten bepaalde kenmerken hebben. Ze moeten een dichtheid hebben die lager is dan die van het omringende medium (lucht) en ze moeten een hoge akoestische impedantie hebben. Dit zorgt voor een efficiënte overdracht van akoestische energie naar het object, waardoor het levitatie-effect wordt versterkt.

5. Ultrasone frequenties:

Akoestische levitatie maakt doorgaans gebruik van hoogfrequente geluidsgolven, meestal in het ultrasone bereik (boven 20 kHz). Het gebruik van ultrasone frequenties verkleint de golflengte, waardoor kleinere drukknopen en nauwkeurigere levitatie mogelijk worden.

6. Transducers en reflectoren:

Om staande akoestische golven te genereren, maken akoestische levitatiesystemen gebruik van transducers die hoogfrequente geluidsgolven uitzenden. Reflectoren worden tegenover de transducers geplaatst om de geluidsgolven terug te kaatsen en het staande golfpatroon te creëren.

7. Levitatiekamer:

Akoestische levitatie-experimenten worden vaak in een kamer uitgevoerd om externe verstoringen tot een minimum te beperken. De kamer is meestal ontworpen met hoge geluidsabsorptie-eigenschappen om ongewenste reflecties te voorkomen.

8. Toepassingen:

Akoestische levitatie heeft diverse toepassingen in onderzoek en industrie, waaronder:

- Containerloze verwerking van materialen

- Het bestuderen van materiaaleigenschappen onder microzwaartekrachtomstandigheden

- Vloeistoffen of poeders mengen zonder verontreiniging

- Niet-destructief onderzoek van materialen

- Biomedisch onderzoek

- Kunst en amusement

Het vermogen van akoestische levitatie om objecten te manipuleren zonder fysiek contact maakt het een waardevolle techniek in gebieden waar nauwkeurige controle en de afwezigheid van besmetting cruciaal zijn.