Forskere fremskynder luftstrømmen i luften

Når en ventilator blæser luft hen over et værelse, luftstrømmen bremser typisk og breder sig ud. Nu i en ny undersøgelse, forskere har demonstreret det modsatte:en luftstrøm skabt af et omhyggeligt kontrolleret ultralydsarray kan bevare sin snævre form og accelerere, når den bevæger sig væk fra kilden. Forskerne forklarer, at det er som om luftstrømmen bliver skubbet sammen af ​​en række usynlige blæsere, der flyder i luften. De forventer, at den accelererende luftstrøm kan have hidtil usete applikationer, såsom evnen til at udføre og kontrollere kemiske reaktioner i luften.

Fysikerne, Keisuke Hasegawa et al., fra University of Tokyo, RIKEN, og Nanzan University, har udgivet et papir om den styrbare, ultralyd-drevne luftstrømme i en nylig udgave af Anvendt fysik bogstaver .

Som forskerne forklarer, Selvaccelerende akustiske stråler er blevet demonstreret flere gange før i vand og i luft. Et vigtigt aspekt af den nye undersøgelse er, at bjælkerne kan kontrolleres, markerer den første demonstration af en elektronisk styrbar makroskopisk selvaccelererende stråle i frit rum.

Forskerne brugte en type stråle kaldet en Bessel -stråle, som har den usædvanlige egenskab, at den ikke breder sig, når den formerer sig, men snarere opretholde en smal, tæt fokuseret form. Forskerne genererede disse stråler ved hjælp af et faset array af cirka 1000 ultralydstransducere. Hver transducer konverterer et elektrisk signal til en ultralydsbølge, og indstilling af bølgefronterne af disse udsendte bølger styrer luftstrømmens retning. Ultralydsfeltet producerer også kinetisk energi, som fremskynder luftstrømmen, når den formerer sig fremad. I forsøg, forskerne demonstrerede, at stedet med den højeste hastighed kan placeres en fod eller mere væk fra lydkilden.

En af de mest interessante træk ved strålen er, at det ikke er nødvendigt at vippe ultralydsarrayet for at styre stråleretningen. I stedet, strålen er elektronisk styrbar ved at indstille bølgefronterne, som danner en vippet stråle uden at vippe arrayet. Forskerne viste også, at luftstrømmen er kraftig nok til at mærkes i hånden og til at lede vanddamp i en ønsket retning.

Forskerne forventer, at evnen til at generere en luftstrøm med disse unikke egenskaber vil føre til nye applikationer, såsom udførelse af kemiske reaktioner i luften, prøveudtagning af en gaskoncentration og i studier af etologi, såsom at undersøge, hvordan dyr reagerer på feromoner i luften.

"Dyr reagerer på fysiologiske stoffer i luften, såsom feromon, "Fortalte Hasegawa Phys.org . "Vi forventer, at sådanne stoffer kan overføres til måldyr og observere deres reaktion. Vores metode behøver ikke at begrænse deres bevægelse eller kræve, at de bærer specifikke instrumenter. Så det ville give mulighed for at observere dyrs naturlige reaktion."

I fremtiden, forskerne planlægger at undersøge yderligere metoder til styring af luftstrømmen.

"I øjeblikket, vi planlægger at skabe mere foretrukne strømme til transport af luftbårne stoffer, "Sagde Hasegawa." For eksempel, strømstrømme medfører turbulens, hvilket forringer den rumlige lokalisering af de transporterede stoffer. Vi mener, at det er muligt at gøre strømmen mere lig en laminær strøm ved at designe ultralydsfeltet på en raffineret måde. "

© 2017 Phys.org