Levitación acústica

El Laboratorio Nacional Argonne, ubicado en las afueras de Chicago (bastante cerca de Fermilab) ha mostrado un video en el que muestran lo que llaman levitación acústica.

Parece magia, pero como siempre: es mejor que magia, es ciencia! En el post anterior discutíamos ondas gravitacionales y electromagnéticas, sin embargo existe otro tipo de ondas con las que somos más familiares: las ondas sonoras. El sonido corresponde a la vibración de un medio material que típicamente es el aire, pero también puede ser el agua, la madera, incluso una cuerda (todos alguna vez constrímos ese teléfono con un par de latas conectadas por una cuerda). Como cualquier otra onda, dos ondas de sonido pueden interferirse, es decir, pueden combinarse de tal manera que a en algunos lugares ambas ondas se suman amplificando su amplitud (interferencia constructiva) mientras que en otros lugares ambas ondas se cancelan la una a la otra produciendo no vibración (interferencia destructiva).
El caso de la interferencia destructiva puede parecer extraño porque no es natural que la suma de dos vibraciones produzca no vibración alguna, pero así funcionan las ondas. Si usamos ondas de luz, la interferencia destructiva da origen un fenómeno muy poco intuitivo: luz+luz=oscuridad (esto lo discutiremos en otro post). Los puntos donde las dos ondas se cancelan se denominan nodos y pueden ser visualizados, por ejemplo, usando ondas estacionarias en una cuerda, donde claramente aparecen zonas de máxima vibración (puntos llamados antinodos) y puntos en los que la cuerda no vibra, esos son los nodos. Existen muchos videos que muestran las ondas estacionarias, en particular mi amigo Jorge Pinochet muestra en el video de Ciencia Entretenida a continuación cómo construir tu propio generador de ondas estacionarias.

Los investigadores en Argonne utilizan la misma idea, con dos parlantes emiten ondas sonoras que vibran cerca de 22000 veces por segundo. Como decíamos en el post anterior, los físicos llaman a esto una onda de 22 kilohertz de frecuencia (el prefijo kilo significa mil). Los humanos podemos escuchar ondas sonoras entre los 20 Hz y los 20000 Hz, por lo cual las ondas usadas por los científicos de Argonne no son audibles. Los nodos de las ondas sonoras usadas en el video corresponden a regiones entre los dos parlantes. Además, entre cada nodo el aire vibra fuertemente (antinodo) lo que permite contrarrestar el efecto de la gravedad en pequeños objetos y gotas de líquidos, manteniéndolos en el estado de levitación. Esto puede verse en el video, cuando uno de los objetos se aleja del nodo comienza a vibrar fuertemente porque se acerca a uno de los antinodos.

Como mencionaba en otro artículo, la pregunta obvia es para qué hacer esto. Es simpático, pero esta gente no recibe un sueldo para hacer levitar objetos por diversión, la idea detrás tiene que ver con la elaboración de productos farmacéuticos. Como los investigadores cuentan en la web del laboratorio, al usar un recipiente para sostener un líquido en la elaboración de medicamentos produce efectos no deseados, en particular el contacto con las paredes del recipiente produce la cristalización del medicamento en elaboración. Para evitar el uso de un recipiente, los científicos planean usar este dispositivo de levitación acústica, ya que en este caso los líquidos levitan y no están en contacto con las paredes de recipiente alguno.
Hace un tiempo relataba mi visita a Los Alamos y cómo el proyecto Manhattan llevó a la creación de estos laboratorios nacionales, muchos de los cuales han dejado la investigación para usos bélicos para dedicarse a la ciencia que sólo busca generar conocimiento, desde la cámara a bordo de Curiosity construída en Los Alamos hasta la fabricación de fármacos usando levitación acústica.

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Acerca de Jorge Diaz

Jorge es físico teórico. Obtuvo su Ph.D. en Física de Partículas en Indiana University, EEUU y luego trabajó como investigador postdoctoral en el Karlsruher Institut für Technologie, Alemania. Aunque su especialidad son los neutrinos y la física nuclear, ahora se dedica a Machine Learning en una industria de software. En Twitter: @jsdiaz_
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10 respuestas a Levitación acústica

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  3. Jaime dijo:

    Excelente como siempre Jorge. La verdad, nunca habría pensado en una aplicación a la elaboración de medicamentos.
    Creo que esta, así como otras iniciativas, demuestran que hacer ciencia por generar conocimiento es tan importante como aquella con “valor agregado” (gracias Piñera y Longueira).

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  5. adriana dijo:

    es un excelente articulo y como dice facil de aprender pero quisiera saber como se logra hacer un levitador acústico materiales necesarios claros es urgente para la elaboración del proyecto de física este semestre

    • Jorge Diaz dijo:

      Hola Adriana,
      me alegro te gustara el breve artículo. Sobre la fabricación de un sistema como este desconozco los detalles, sin embargo (aunque podría estar equivocado) dudo que sea algo que pueda “fabricarse en casa” no por su complejidad (el principio de su funcionamiento es bastante simple) sino que debido a que el estado de levitación se logra cuando los componentes estan cuidadosa y precisamente calibrados. La alta tecnología disponible en un Labratorio Nacional como Argonne ha sido usada para la fabricación de los componentes.

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