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Erklärung ohne tiefere Recherche:

Die akutstische Kraft ist in den obigen Formeln proportional zur Amplitude der Schallwelle.
Dass das Teilchen dauerhaft an einem bestimmten Ort bleibt ist nur gewährleistet, wenn an diesem Ort die akustische Kraft *dauerhaft* die Schwerkraft aufwiegt.
Eine einzelne Schallquelle erzeugt aber eine Longitudinalwelle, die sich durch den Raum bewegt und damit nicht örtlich konstant ist.

Bei zwei entgegengerichteten Schallquellen kann sich jedoch zwischen diesen durch Interferenz eine stehende Welle bilden, bei der sich lokal definierte Schalldruckpegel herausbilden.

Die levitierten Partikel wurden also etwa in einem Schwingungsknoten platziert und fallen dann genau so weit in den darunter liegenden Schwingungsbauch hinein bis sie an einer Stelle angekommen sind an der die Amplitude (mit obiger Formel) gerade die Schwerkraft der Partikel kompensiert → stabiler Zustand.

Da kommt aber sicher noch was an Komplexität dazu, da die Intensität eine Proportionalität zum Partikelradius haben muss (s.o. "I ~ r^2"), was sich aber nicht aus dem oben beschriebenen Formeln alleine ergibt. Müsste man sich für die Details wohl doch genauer anschauen.

 

Edith: Mit dem Konzept lässt sich anhand anderer Geometrien sogar eine "akusitische Pinzette" bauen

https://iopscience.iop.org/article/10.35848/1347-4065/abfebd

Die Erklärung überzeugt: Schallwellen heben Gravitation auf.

Ein wenig komplexer dürfte es schon sein.

Kommentare

Gibt's auch schon als Modul für zu Hause.

Außerdem ist man hier schon viel weiter:

Wenn sie das mit Bierflaschen hinbekommen, wäre das großartig :-O

Clever, dass die Ohren immer knapp außerhalb des Bildes sind. So sieht man die Blutfontänen nicht mail

Die Erklärung überzeugt: Schallwellen heben Gravitation auf.

Ein wenig komplexer dürfte es schon sein.

Die Acoustophoretische Levitation beschreibt den Effekt, dass kleine Partikel in einem Medium durch Schallwellen in der Schwebe gehalten werden können. Dies lässt sich durch folgende Formeln beschreiben:

Die Kraft F_acou, die auf das Partikel wirkt, ergibt sich aus der Wechselwirkung der Partikel mit der Schallwelle und kann durch folgende Gleichung beschrieben werden:

F_acou = (2 * pi * r^3 * (rho_p - rho_m) * a^2) / (3 * rho_m * c^2)

wobei r der Radius des Partikels, rho_p die Dichte des Partikels, rho_m die Dichte des Mediums, a die Amplitude der Schallwelle und c die Schallgeschwindigkeit im Medium ist.

Die Schwerkraft F_grav, die auf das Partikel wirkt, wird durch die Gravitationskonstante G, der Masse des Partikels m und der Erdbeschleunigung g beschrieben:

F_grav = m * g

Damit das Partikel in der Schwebe gehalten werden kann, muss die Schallkraft F_acou der Schwerkraft F_grav entgegenwirken. Das heißt, es gilt:

F_acou = F_grav

Dies führt zu der Bedingung, dass die Schallintensität I der Schallwelle proportional zum Quadrat des Radius des Partikels ist:

I ~ r^2

Durch diese Abhängigkeit kann die Schallintensität so eingestellt werden, dass das Partikel in der Schwebe gehalten wird.

Aha. Aber wieso braucht es zwei Schallquellen?

Erklärung ohne tiefere Recherche:

Die akutstische Kraft ist in den obigen Formeln proportional zur Amplitude der Schallwelle.
Dass das Teilchen dauerhaft an einem bestimmten Ort bleibt ist nur gewährleistet, wenn an diesem Ort die akustische Kraft *dauerhaft* die Schwerkraft aufwiegt.
Eine einzelne Schallquelle erzeugt aber eine Longitudinalwelle, die sich durch den Raum bewegt und damit nicht örtlich konstant ist.

Bei zwei entgegengerichteten Schallquellen kann sich jedoch zwischen diesen durch Interferenz eine stehende Welle bilden, bei der sich lokal definierte Schalldruckpegel herausbilden.

Die levitierten Partikel wurden also etwa in einem Schwingungsknoten platziert und fallen dann genau so weit in den darunter liegenden Schwingungsbauch hinein bis sie an einer Stelle angekommen sind an der die Amplitude (mit obiger Formel) gerade die Schwerkraft der Partikel kompensiert → stabiler Zustand.

Da kommt aber sicher noch was an Komplexität dazu, da die Intensität eine Proportionalität zum Partikelradius haben muss (s.o. "I ~ r^2"), was sich aber nicht aus dem oben beschriebenen Formeln alleine ergibt. Müsste man sich für die Details wohl doch genauer anschauen.

 

Edith: Mit dem Konzept lässt sich anhand anderer Geometrien sogar eine "akusitische Pinzette" bauen

https://iopscience.iop.org/article/10.35848/1347-4065/abfebd

...es braucht eine stehende Welle. Das ginge theoretisch mit einer Reflexion auf der anderen Seite. Die Reflexion muss aber gebündelt, also mit Fokus sein. Auch verliert man dadurch Energie. Mit zwei Lautsprechern ist es einfacher und man kann auch noch den Phasenverzug einstellen, um die Knotenpunkte zu justieren. 

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