自古以来,人类一直没有放弃与重力做抗争,我们发明了各种科技装置来帮助我们摆脱重力,也学会利用自己的视觉弱点来实现一些反重力场景的构建,例如,你是否见过悬停在半空中的水珠?《惊天魔盗团2》中雨水被控制的效果想必令很多人印象深刻,但在之前的公众号文章“'漫舞’不慢,是你的眼睛没能跟上”中,我们已经为大家揭秘其背后的“频闪效应”原理,显然这种视错觉依旧不能真正做到使水珠悬浮在空中。
“我要让雨滴静止!” 来源:《惊天魔盗团2》
来自加州的设计团队Simplistyk推出了一款有趣的名为“LeviZen”的桌面摆件,将水珠轻轻滴在左侧悬浮器装置中间,水能自如地悬浮在空中,依次滴入更多,水珠还能自动纵向排列整齐。LeviZen还通过放置在悬浮器底部的两个点状LED,对准悬浮液滴使其发光,就好像光本身在悬浮一样。
LeviZen中发光的悬浮水滴, 来源:kickstarter.com
那么这种神奇的现象是怎样做到的呢?
还记得我们上一期“用一颗粒子绘制出可听、可看、可摸的'全息’蝴蝶”中介绍过的声悬浮技术吗?这款LeviZen就是是基于声悬浮领域先驱Asier Marzo早期作品TinyLev之上发展而出的多发射器单轴声学悬浮器。声悬浮是一种利用来自高强度声波的声辐射压力使物质在重力作用下悬浮在空气中的方法。
声悬浮器装置, 来源:aip.scitation.org
我们都知道声音是一种波,它在空气中传播,同水波在水中传播类似。不过水波是横波,其振动方向与传播方向垂直;而声波是纵波,其振动方向就在传播方向上。声波的连续振动使空气分子不断交替的压缩和松弛,导致大气压迅速产生起伏,而处在声场中的物体就会受到压强差产生的力的影响。
驻波, 来源:wikipedia
上图中,红色与蓝色分别代表两个完全相同但传播方向相反的波,黑色波是它们合成的结果。把红蓝两列波的波幅相加,就产生了一条仿佛驻立在原地不动的波,这也是“驻波”名称的由来。
仔细观察可以发现,黑色驻波上红点位置的声波振幅永远为零,所以理论上压强也为零,这些地方叫作“波节”;而那些振幅最大的地方称为“波腹”,两个波节间的距离,正好是原来声波波长的一半。用驻波来悬浮物体,就是当波腹处产生的高压强把物体推向低压强区(波节)的力场,与悬浮粒子/水珠自身的重力达到平衡时,就能够使其停滞在空中。
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