varita mágica ultrasónica 12.01.2015

"Wingardium Leviosa": los personajes de la serie de cuentos de hadas sobre Harry Potter usaron un hechizo de este tipo para hacer que los objetos volaran por el aire con el movimiento de una varita mágica. Pero mientras los escritores y directores crean nuevas historias fantásticas, la ciencia, paso a paso, da vida a cosas que antes parecían imposibles. Esta vez se trataba de mover objetos por el aire, o levitación. La levitación se puede llamar un efecto físico en el que un objeto sin soporte visible está o se mueve en el aire. Por ejemplo, si se coloca un imán ordinario sobre un material superconductor que se enfrió previamente a una temperatura baja, ocurrirá un "milagro": el imán flotará libremente en el aire a baja altura. Esto se debe al comportamiento especial del campo magnético en los superconductores.

Tal fenómeno, aunque muy curioso, es de poca utilidad para el uso práctico: la necesidad de mover imanes sobre un superconductor enfriado a la temperatura del nitrógeno líquido no se presentará para todos. Es un asunto completamente diferente si se inventa un método para mover cualquier objeto sin contacto, independientemente de su naturaleza. Tal invención será ampliamente demandada en aquellas áreas donde la extrema pureza de los materiales es importante. Por ejemplo, en productos farmacéuticos o microelectrónicos: cualquier contacto adicional con el material puede traerle impurezas no deseadas. Físicos de la Universidad de Sao Paulo en Brasil han propuesto una forma de hacer que los objetos pequeños no solo floten en el aire, sino que también los muevan en la dirección correcta.

Para vencer la fuerza de la gravedad, los investigadores utilizaron la presión ejercida por ondas sonoras. Puedes sentir el poder del sonido si te paras frente a un altavoz potente que funciona a todo volumen. El sonido es una vibración que se produce en cualquier medio. Puede ser aire, agua o materiales sólidos. No hay ondas de sonido en el espacio, porque no hay medio en el que puedan propagarse: el vacío es un vacío silencioso. Desde un punto de vista físico, la transmisión del sonido en el aire es el movimiento de zonas de alta y baja presión. Las fluctuaciones de presión crean una fuerza que puede actuar sobre objetos mecánicos. Así está dispuesto nuestro oído, donde los sonidos del mundo que nos rodea se transmiten al cerebro a través de vibraciones del tímpano.

Ahora debemos recordar una característica más de las oscilaciones: la existencia de ondas estacionarias. El ejemplo más simple: si fija un extremo de una cuerda larga y mueve el otro hacia arriba y hacia abajo a una frecuencia constante, algunos puntos de la cuerda permanecerán inmóviles. La formación de tal onda estacionaria ocurre debido a la superposición de dos ondas: la original, creada por el movimiento del extremo libre de la cuerda, y la onda reflejada. Los efectos que surgen cuando las ondas de sonido se superponen formaron la base del método desarrollado de levitación ultrasónica. El emisor emite ondas ultrasónicas que se reflejan desde una superficie situada a cierta distancia. Las ondas radiadas y reflejadas se suman, formando una especie de corredor, en el que se alternan zonas de alta y baja presión. Si un objeto cae en el área de una onda ultrasónica estacionaria, la energía de las ondas es suficiente para compensar la fuerza de la gravedad y observamos el efecto de levitación.

A pesar de que el método de levitación ultrasónica comenzó a desarrollarse hace algunos años, no fue fácil lograr una sujeción estable de los objetos en el aire. Durante mucho tiempo no fue posible crear una onda ultrasónica estacionaria estable de suficiente potencia: un ligero movimiento del emisor o reflector, y el efecto desaparecía. Para resolver este problema, Marco Andrade y sus colegas utilizaron el principio de formación de ondas estacionarias basado en reflexiones múltiples. Hicieron un reflector ultrasónico cóncavo especial con el que lograron lograr la levitación de pequeñas bolas de plástico sin ajustar el sistema. Incluso si sostiene el reflector de ondas en la mano, el efecto de levitación no desaparece, hasta hace poco parecía imposible. Esta tecnología tiene muchas más posibilidades de aplicación real.