声悬浮


声悬浮







操作说明:

按下按钮,观看小球的悬浮现象。


产品简介:

展品主要有机玻璃圆筒、乒乓球、高频喇叭、调整电位器等组成。观众按下启动按钮,旋转电位器,通过声音的大小来控制球的悬浮高度。 科学原理:本装置是利用声波的力量是物体产生悬浮力,其声音大小决定物体悬浮的高低。


视频演示:


原    理:

声悬浮‌是一种利用高强度声波产生的非线性效应,通过声驻波与物体的相互作用,产生竖直方向的悬浮力和水平方向的定位力,从而克服物体的重力并固定物体于声压波节处。‌1

声悬浮的基本原理

声悬浮的基本原理是利用高强度声波产生的非线性效应。当声音在介质中传播时,会形成驻波。驻波是由两个相同频率、相反方向、相同或相近振幅的波所形成的。这些波在空间中形成一些波节(压力最小的地方)和波腹(压力最大的地方)。在波节上,声压基本上可以抵消重力,从而使小物体漂浮。

声悬浮的实现方式

声悬浮技术通常通过以下步骤实现:

‌产生驻波‌:使用发射器和反射器来发射和反射超声波,形成驻波。驻波会在空间中形成波节和波腹。

‌悬浮和定位‌:物体被放置在驻波的波节处,由于声压与重力的平衡,物体可以在空中悬浮。同时,水平方向的定位力将物体固定于声压的波节处。



应    用:

‌声悬浮技术的主要应用领域包括材料科学、生物化学研究和无容器实验技术。‌‌

在材料科学领域,声悬浮技术被广泛应用于材料凝固理论和制备工艺的研究。通过模拟空间无容器状态,声悬浮技术可以用于研究晶体的均质形核及生长特征,以及快速凝固和超导材料的合成。此外,声悬浮技术还可以用于研究液滴的凝胶化、纳米材料的自组装过程、液滴的震荡规律与形变、表面张力以及液滴的蒸发和干燥过程。

在生物化学研究方面,声悬浮技术具有显著优势,因为它可以消除容器对分析物的吸附,保持细胞的自然生存环境,避免器壁对分析检测信号的干扰。这使得声悬浮技术在蛋白质结晶研究、细胞对环境药物的反应、溶质富集、液液萃取和不混溶液间的溶质交换、痕量分析以及单个细胞分析等方面具有重要应用。

‌声悬浮技术的原理‌是通过声波在介质中传播时产生的声辐射力将物体悬浮起来。这种技术不需要物理接触,因此可以避免对样品的污染,适用于各种无容器实验。声悬浮系统如BOROSA可以在常压下工作,温度范围从-20℃到180℃,适用于研究样品的相变过程和颗粒的形成过程。

声悬浮的应用领域

声悬浮技术具有广泛的应用领域,包括:

‌科研‌:用于研究物体的悬浮特性。

‌工业‌:可用于无损检测、微操作等领域。

‌教育‌:作为物理教学的实验工具,展示声音的力量和物体的悬浮现象。


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