Anti-tyngdekraft:Hvordan en båd kan flyde på hovedet

Her på jorden, alt er underlagt tyngdekraften - det får genstande til at falde til jorden og floder strømme fra højere terræn til havet. Vi ved, hvad der ville ske uden det, takket være billeder af astronauter, der flyder rundt i deres rumskib. Men kunne vi designe en anti-tyngdekraftsmaskine, noget, der ville få genstande til at falde opad, havene svæver, og både flyder på hovedet?

Flere imaginære verdener skildrer dette koncept, sådan som Pirates of the Caribbean 3 , hvor kaptajn Jack Sparrow formår at få sit skib til at flyde på undersiden af ​​et hav, hvor "op er ned". I mangaen Et stykke , eventyrere udforsker et hav over skyerne. Kunne dette ske i den virkelige verden?

Omvendt pendul

I begyndelsen af ​​det 20. århundrede, et forbløffende eksperiment blev udført. Det brugte et pendul svarende til det, der blev brugt af professor Calculus i tegneserien "Tintin", ligner en stiv stang med en vægt for enden. Når pendulet vendes lodret, med vægten øverst, du ville forvente, at den falder tilbage ved den mindste forstyrrelse. Men hvis vi får pendulet til at vibrere lodret, den forbliver i op og ned-position. Pendulet forbliver omvendt, trodser tyngdekraften. Alle kan lave dette eksperiment derhjemme, ved hjælp af en simpel højttaler eller stiksav til at vibrere pendulet. En kæde af penduler forbundet med hinanden kan også stabiliseres på hovedet. Med tilstrækkelig vibration, det ville endda være teoretisk muligt at få et reb til at rejse sig i luften som et magisk trick - men uden tricks involveret! Imidlertid, i praksis er det svært at opnå en vibrationshastighed, der er hurtig nok til denne version af eksperimentet.

Nobelpristageren i fysik Pyotr Kapitza fandt forklaringen på dette fænomen i 1950'erne. Det er en dynamisk effekt - vibrationerne virker som en stabiliserende kraft på vægten af ​​pendulet for at holde det afbalanceret. Denne kraft kan findes matematisk ud fra korrelationer mellem vibrationen af ​​ophængningspunktet, der forbinder motoren og pendulet, og pendulets position.

Væsker på hovedet?

Daglig erfaring viser os, at væske heller ikke forbliver omvendt:når damp kondenserer på et grydelåg, eller når du maler et loft, dråber vil dannes og til sidst falde.

Men når loftet er lavet til at vibrere lodret, vi observerer, at disse hængende dråber reabsorberes i væskelaget, som flader ud, som om tyngdekraften var omvendt. Det er det samme fænomen på arbejde som for pendulet. Vibrering af de hængende dråber skaber kraft, der går opad, modsætte sig deres masse. Med tilstrækkelig vibration, hele væskelaget forbliver stabilt.

Hvad sker der med en genstand placeret i en svævende væske?

Når en genstand er nedsænket i en væske, dens adfærd afhænger af dens tæthed. En genstand, der er mindre tæt end væsken, vil flyde til overfladen, mens en tættere vil synke. Det er derfor, for eksempel, en luftboble i bunden af ​​en spand vand vil flyde til overfladen (da luft er mindre tæt end vand ved atmosfærisk tryk). Imidlertid, tidligt i rumkapløbet, et mærkeligt fænomen blev observeret. Gasbobler i raketbrændstof ville synke i stedet for at flyde til overfladen under påvirkning af vibrationer under flyvning, hvilket kan få alvorlige konsekvenser. Omfattende undersøgelser udført på dette bizarre fænomen afslørede, at boblernes svingninger forårsaget af rakettens vibration resulterede i, at kraften gik nedad, i modstrid med Archimedes' princip.

Dette eksperiment kan let reproduceres med en beholder fuld af en væske, der er lavet til at vibrere. Du kan bruge en sprøjte til at skabe bobler i væsken og kontrollere deres bevægelse ved at ændre badets vibrationsfrekvens.

Hvis du injicerer mere luft, det er endda muligt at fylde hele bunden af ​​beholderen, og dermed får væsken til at svæve på en luftpude. Det kan virke paradoksalt, men ligesom det gør med pendulet eller væskelagene, vibrationen stabiliserer væsken og forhindrer den i at flytte sig. Da den ikke kan lade luften slippe ud, den forbliver i suspension. Jo større væskelag, jo mere energiske vibrationer kræves. Vores vibrator gav os mulighed for at løfte en halv liter væske. Stadig langt væk fra et hav, men nok til at skabe en miniatureverden at lege med!

Topsyet verden

Nu hvor indretningen er på plads, det er tid til at forestille sig, hvordan livet ville være i sådan en verden. Kunne vi svømme eller flyde under dette hav? Svaret er langt fra indlysende - men det ser ud til, at vi kunne, ligesom vi kunne flyde ovenpå! Når man flyder, der er absolut ingen forskel på at være ovenpå eller under væsken. Kilden til denne "anti-tyngdekraft" er den samme - vibration. På en overflade, der ikke burde eksistere, det stabiliserer flydere, der ikke har noget at gøre med at være der. De oprindelige virkninger af vibrationer på væsker er stadig stort set uudforskede og har mange potentielle anvendelser. Vibration kan give energi til væsker i en differentieret, lokaliseret måde, uden behov for direkte kontakt. I fremtiden, dette kunne bruges til at skifte ligevægt for afsaltning, for eksempel, eller at adskille blandinger af væsker, samt elementer blandet i væskerne, til spildevandsrensning og olieudslip, for eksempel.

Det er, først og fremmest, en invitation til din fantasi. Sådanne eksperimenter får dig til at drømme om både, der krydser stier uden at få øje på hinanden, eller en himmel fuld af sejlbåde. Det er nok til at få Arkimedes til at springe ud af sit bad – eller til at vælte badekarret helt.

Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons-licens. Læs den originale artikel.