Явление левитации сейчас еще во многом походит на волшебство, но позади его стоят совершенно традиционные законы физики и некоторые хитроумные уловки. Магнитная левитация уже используется в железнодорожном транспорте, к примеру, оптическая - больше в научных целях, а акустическая - в производстве лекарственных препаратов и научных исследованиях. Однако, все вышеперечисленные методы работают лишь по отношению к объектам с определенными свойствами, а исследователи из Чикагского университета разработали новый метод "тепловой" левитации, который работает за счет искусственно создаваемой разницы температур и может действовать на любые объекты, независимо от их природы и свойств.
"Магнитная левитация работает только с магнитными материалами, оптическая - с объектами, реагирующими на поляризованный свет. Найденный нами метод является первым в своем роде, который не зависит ни от материала, ни от формы и других свойств объекта" - рассказывает Ченг Чин (Cheng Chin), один из исследователей.
Ученые использовали шарики из керамики, стекла, пластмассы, частички льда, семена и другие небольшие предметы для демонстрации работоспособности метода "тепловой" левитации. Все эти предметы удавалось удерживать в пространстве на протяжении часа-двух времени, при этом они не совершали боковых колебательных движений.
Основой нового метода левитации является процесс под названием термофорез (thermophoresis), в результате которого между двумя источниками тепла с разной температурой возникают достаточно ощутимые силы. В данном случае в качестве одного источника тепла выступала медная пластина, температура которой поддерживалась на уровне комнатной температуры, а вторая пластина охлаждалась при помощи жидкого азота до температуры -184 градуса Цельсия. Поток тепла от более горячей пластины к более холодной создавал силы, достаточные для поднятия частиц с небольшой массой.
"Большой температурный градиент приводит к возникновению сил, которые могут уравновесить силу гравитации, что приводит к появлению стабильной левитации" - рассказывает Фрэнки Фанг (Frankie Fung), ведущий исследователь, - "Мы экспериментальным путем сумели определить величину сил, создаваемых явлением термофореза, и выяснили, что это значение очень близко к значению, полученному при помощи теоретических расчетов. Это, в свою очередь, позволит определять нам возможность поднятия различных объектов при помощи технологии "тепловой" левитации".
Для работы системы "тепловой" левитации на полной мощности требуется пластины с точно выдержанными размерами, разнесенные на строго заданное расстояние. Так же важную роль играет значение теплового градиента и положение дополнительных элементов, позволяющих контролировать направление движения потока тепла и увлекаемого им воздуха. "Все это работает только в очень узком диапазоне давления, температурного градиента и геометрических размеров используемых пластин" - рассказывает Ченг Чин, - "Также на силы тепловой левитации влияет форма и материал частиц, поднимаемых таким способом".
Несмотря на перечисленные выше трудности, ученым удалось воссоздать условия микрогравитации и исследовать поведение в них различных частиц, химических веществ и микроскопических живых организмов. Это позволит ученым исследовать некоторые области без необходимости отправки объектов исследований в космос, кроме этого, новая технология позволит манипулировать объектами, которые очень чувствительны к загрязнению, не прикасаясь к их поверхности.
Следующим шагом, которые собираются сделать ученые, станет модернизация технологии "тепловой" левитации для того, чтобы при ее помощи можно было поднимать объекты, размером более 1 сантиметра. Кроме этого, ученые будут искать способы управления несколькими объектами, помещенными в одно "левитационное поле" для того, чтобы заставить эти объекты взаимодействовать друг с другом и с окружающей средой.
