อะคูสติก เว้นแต่คุณจะเดินทางไปในสุญญากาศของอวกาศเสียงจะอยู่รอบตัวคุณทุกวัน แต่ส่วนใหญ่แล้ว คุณอาจไม่คิดว่ามันเป็นการแสดงตัว คุณได้ยินเสียง คุณไม่ได้สัมผัส ข้อยกเว้นเพียงอย่างเดียวอาจเป็นไนต์คลับที่ส่งเสียงดัง รถยนต์ที่มี ลำโพงสั่นที่หน้าต่างและ เครื่อง อัลตราซาวนด์ที่ทำให้นิ่วในไต แตกเป็นเสี่ยงๆ แต่ถึงอย่างนั้น คุณมักจะไม่คิดว่าสิ่งที่คุณรู้สึกว่าเป็นเสียง แต่นึกถึงการสั่นสะเทือนที่เสียงสร้างขึ้นในวัตถุอื่นๆ
แนวคิดที่ว่าสิ่งที่จับต้องไม่ได้สามารถยกสิ่งของได้อาจดูไม่น่าเชื่อ แต่เป็นปรากฏการณ์จริง การลอยแบบอะคูสติกใช้ประโยชน์จากคุณสมบัติของเสียงในการทำให้ของแข็ง ของเหลว และก๊าซหนักลอยได้ กระบวนการนี้สามารถเกิดขึ้นได้ในสภาวะแรงโน้มถ่วงปกติหรือแรงโน้มถ่วงต่ำ กล่าวอีกนัยหนึ่ง เสียงสามารถลอยวัตถุต่างๆ บนโลกหรือในเปลือกโลกที่เต็มไปด้วยก๊าซในอวกาศได้
เพื่อให้เข้าใจถึงการทำงานของการลอยแบบอะคูสติก ก่อนอื่นคุณต้องรู้เกี่ยวกับแรงโน้มถ่วงอากาศและเสียงก่อน ประการแรกแรงโน้มถ่วงเป็นแรงที่ทำให้วัตถุดึงดูดซึ่งกันและกัน วิธีที่ง่ายที่สุดในการเข้าใจแรงโน้มถ่วงคือผ่านกฎความโน้มถ่วงสากลของไอแซก นิวตัน กฎนี้ระบุว่าทุกอนุภาคในจักรวาลดึงดูดทุกอนุภาคอื่นๆ ยิ่งวัตถุมีมวลมากเท่าใด ก็ยิ่งดึงดูดวัตถุอื่นได้มากเท่านั้น ยิ่งวัตถุอยู่ใกล้กันมากเท่าไหร่ วัตถุเหล่านั้นก็ยิ่งดึงดูดซึ่งกันและกันมากเท่านั้น
วัตถุขนาดมหึมา เช่น โลก สามารถดึงดูดวัตถุที่อยู่ใกล้ได้ง่าย เช่น แอปเปิลที่ห้อยลงมาจากต้นไม้ นักวิทยาศาสตร์ยังไม่ได้ตัดสินใจ แน่ชัดว่าอะไรเป็นสาเหตุของแรงดึงดูดนี้ แต่เชื่อว่ามีอยู่ทุกที่ในจักรวาล ประการที่ 2 อากาศเป็นของไหลที่มีพฤติกรรมเช่นเดียวกับของเหลว เช่นเดียวกับของเหลว อากาศเกิดจากอนุภาคขนาดจิ๋วที่เคลื่อนที่สัมพันธ์กัน อากาศยังเคลื่อนที่เหมือนน้ำ อันที่จริงแล้ว การทดสอบแอโรไดนามิกบางอย่างเกิดขึ้น ใต้น้ำแทนที่จะอยู่ในอากาศ
อนุภาคในก๊าซ เช่นเดียวกับอนุภาคที่ประกอบเป็นอากาศ อยู่ห่างกันเพียงนิดเดียวและเคลื่อนที่ได้เร็วกว่าอนุภาคในของเหลว ประการที่ 3 เสียงคือการสั่นสะเทือนที่เคลื่อนที่ผ่านตัวกลาง เช่น ก๊าซ ของเหลว หรือวัตถุที่เป็นของแข็ง แหล่งกำเนิดเสียงคือวัตถุที่เคลื่อนที่หรือเปลี่ยนรูปร่างอย่างรวดเร็ว ตัวอย่างเช่น ถ้าคุณตีระฆัง ระฆังจะสั่นในอากาศ เมื่อด้านหนึ่งของระฆังเคลื่อนที่ออก มันจะผลักโมเลกุลของอากาศที่อยู่ถัดไป เพิ่มความดันในบริเวณนั้นของอากาศ
บริเวณที่มีความดันสูงกว่านี้จะเป็นแรงอัด เมื่อด้านข้างของกระดิ่งเคลื่อนกลับเข้าไป มันจะดึงโมเลกุลออกจากกัน ทำให้เกิดบริเวณที่มีความดันต่ำกว่าที่เรียกว่า การทำให้บริสุทธิ์ จากนั้นระฆังจะทำซ้ำขั้นตอน สร้างชุดการบีบอัดและการแยกส่วนซ้ำๆ การทำซ้ำแต่ละครั้งคือหนึ่งความยาวคลื่นของคลื่นเสียง ที่เมื่อโมเลกุลเคลื่อนที่ผลักและดึงโมเลกุลที่อยู่รอบๆ แต่ละโมเลกุลจะเคลื่อนโมเลกุลที่อยู่ถัดไปตามลำดับ หากไม่มีการเคลื่อนที่ของโมเลกุล
เสียงก็ไม่สามารถเดินทางได้ ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมในสุญญากาศจึงไม่มีเสียง เพื่อปรับสมดุลของแรงโน้มถ่วง บนโลกนี้อาจทำให้วัตถุและวัสดุต่างๆ ลอยอยู่ในอากาศโดยไม่ได้รับการสนับสนุน ในอวกาศ มันสามารถยึดวัตถุให้นิ่งได้ ดังนั้นจึงไม่เคลื่อนที่หรือเลื่อนลอย ฟิสิกส์ของการลอยของเสียง อะคูสติกเลวิเตเตอร์พื้นฐานมีสองส่วนหลัก ได้แก่ทรานสดิวเซอร์
ซึ่งเป็นพื้นผิวที่สั่นสะเทือนที่ทำให้เกิดเสียง และตัวสะท้อนแสง บ่อยครั้งที่ทรานสดิวเซอร์และรีเฟล็กเตอร์มีพื้นผิวเว้าเพื่อช่วยเน้นเสียง คลื่นเสียงจะเคลื่อนที่ออกจากทรานสดิวเซอร์ และสะท้อนออกจากตัวสะท้อนแสง คุณสมบัติพื้นฐานสามประการของการเดินทางนี้ คลื่นสะท้อนช่วยให้วัตถุลอยอยู่กลางอากาศ คลื่นก็เหมือนกับเสียงทั้งหมด คือคลื่นแรงดันตามยาว ในคลื่นตามยาว การเคลื่อนที่ของจุดในคลื่นจะขนานกับทิศทางที่คลื่นเคลื่อนที่
เป็นการเคลื่อนไหวแบบที่คุณเห็น ถ้าคุณผลักและดึงปลายด้านหนึ่งของสลิงกี้ที่ยืดออก อย่างไรก็ตาม ภาพประกอบส่วนใหญ่จะบรรยายเสียงเป็นคลื่นตามขวาง ซึ่งเป็นสิ่งที่คุณจะได้เห็น หากคุณขยับปลายด้านหนึ่งของสลิงกี้ ขึ้นและลงอย่างรวดเร็ว นี่เป็นเพียงเพราะคลื่นตามขวางมองเห็นได้ง่ายกว่าคลื่นตามยาว คลื่นสามารถกระเด็นออกจากพื้นผิวได้ เป็นไปตามกฎการสะท้อน ซึ่งระบุว่ามุมตกกระทบ มุมที่บางสิ่งตกกระทบพื้นผิว เท่ากับมุมสะท้อน
มุมที่มันออกจากพื้นผิว กล่าวอีกนัยหนึ่ง คลื่นเสียงจะกระดอนจากพื้นผิวในมุมเดียวกับที่มันกระทบพื้นผิว คลื่นเสียงที่กระทบพื้นผิวในมุม 90 องศา จะสะท้อนกลับโดยตรงในมุมเดียวกัน วิธีที่ง่ายที่สุดในการทำความเข้าใจการสะท้อนของคลื่นคือการจินตนาการถึงสลิงกี้ที่ติดอยู่กับพื้นผิวที่ปลายด้านหนึ่ง หากคุณหยิบปลายสลิงกี้ที่ว่างขึ้นแล้วขยับขึ้นลงอย่างรวดเร็ว คลื่นจะเคลื่อนไปตามความยาวของสปริง เมื่อถึงจุดสิ้นสุดของสปริงแล้ว
มันจะสะท้อนออกจากพื้นผิวและย้อนกลับมาหาคุณ สิ่งเดียวกันนี้จะเกิดขึ้นหากคุณดัน และดึงปลายด้านหนึ่งของสปริง ทำให้เกิดคลื่นตามยาวในที่สุด เมื่อคลื่นเสียงสะท้อน ออกจากพื้นผิว ปฏิสัมพันธ์ระหว่างการบีบอัดและการทำให้บริสุทธิ์ทำให้เกิดสัญญาณรบกวน การบีบอัดที่ตรงกับการบีบอัดอื่นๆ จะขยายให้กันและกัน และการบีบอัดที่ตรงกับการลดทอนจะทำให้สมดุลซึ่งกันและกัน บางครั้งการสะท้อนและการแทรกสอดอาจรวมกัน เพื่อสร้างคลื่นนิ่ง
คลื่นนิ่งจะเคลื่อนตัวไปมา หรือสั่นเป็นช่วงๆ แทนที่จะเคลื่อนที่จากที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่ง ภาพลวงตาแห่งความนิ่งนี้เป็นที่มาของชื่อคลื่นนิ่ง คลื่นเสียงนิ่งได้กำหนดโหนดหรือบริเวณที่มีความดันต่ำสุด และแอนติโนดหรือบริเวณที่มีความดันสูงสุด โหนดของคลื่นนิ่งเป็นหัวใจสำคัญของการลอยแบบอะคูสติก ลองนึกภาพแม่น้ำที่มีโขดหินและน้ำเชี่ยว น้ำนิ่งในบางส่วนของแม่น้ำและไหลเชี่ยวในบางพื้นที่ เศษซากและโฟมที่ลอยมารวมกันในบริเวณที่เงียบสงบของแม่น้ำ
เพื่อให้วัตถุลอยอยู่นิ่งๆ ในส่วนที่เคลื่อนที่เร็วของแม่น้ำ วัตถุนั้นจะต้องยึดหรือขับเคลื่อนไปตามกระแสน้ำ นี่คือสิ่งที่เครื่องเลวิเตเตอร์แบบอะคูสติกทำ โดยการใช้เสียงที่เคลื่อนที่ผ่านก๊าซแทนน้ำ ด้วยการวางรีเฟลกเตอร์ให้ห่างจากทรานสดิวเซอร์ในระยะที่เหมาะสม อะคูสติกเลวิเตเตอร์จะสร้างคลื่นนิ่ง เมื่อแนวของคลื่นขนานกับแรงดึงของแรงโน้มถ่วง บางส่วนของคลื่นนิ่งจะมีแรงดันขาลงคงที่ และส่วนอื่นๆ จะมีแรงดันขาขึ้นคงที่ โหนดมีแรงกดดันน้อยมาก
ในอวกาศซึ่งมีแรงโน้มถ่วงเพียงเล็กน้อย อนุภาคที่ลอยอยู่จะรวมตัวกันในโหนดของคลื่นนิ่ง ซึ่งสงบและนิ่งบนโลก วัตถุรวมตัวกันใต้โหนด ซึ่งแรงดันการแผ่รังสีอะคูสติกหรือปริมาณแรงดันที่คลื่นเสียง สามารถออกแรงบนพื้นผิวได้ สมดุลแรงดึงของแรงโน้มถ่วง เสียงไม่เชิงเส้นและอะคูสติกลอย คลื่นนิ่งธรรมดาอาจมีพลังค่อนข้างมาก ตัวอย่างเช่น คลื่นนิ่งในท่ออากาศอาจทำให้ฝุ่นสะสมในรูปแบบที่สอดคล้องกับโหนดของคลื่น คลื่นนิ่งที่สะท้อนผ่านห้อง
อาจทำให้วัตถุที่ขวางทางสั่นสะเทือนได้ คลื่นนิ่งความถี่ต่ำอาจทำให้สับสน ในบางกรณีนักวิจัยพบคลื่นเหล่านี้ โดยในอาคารที่มีรายงานว่ามีผีสิง แต่ความสำเร็จเหล่านี้เป็นเพียงมันฝรั่งขนาดเล็กเมื่อเทียบกับการลอยตัวแบบอะคูสติก ต้องใช้ความพยายามน้อยกว่ามาก ในการโน้มน้าวให้ฝุ่นจับตัวหรือทำให้กระจกแตกละเอียด มากไปกว่าการยกของขึ้นจากพื้น คลื่นเสียงธรรมดาถูกจำกัดด้วยลักษณะเชิงเส้นของมัน
การเพิ่มแอมพลิจูดของคลื่นทำให้เสียงดังขึ้น แต่ไม่ส่งผลต่อรูปร่างของคลื่นหรือทำให้มีพลังทางกายภาพมากขึ้น อย่างไรก็ตาม เสียงที่รุนแรงมาก เช่น เสียงที่ทำให้หูของมนุษย์เจ็บปวด มักจะไม่เป็นเชิงเส้น สามารถทำให้เกิดการตอบสนองที่มากเกินสัดส่วนในสารที่มันเดินทางผ่าน ผลกระทบที่ไม่เชิงเส้น ได้แก่ รูปแบบคลื่นที่บิดเบี้ยว คลื่นกระแทก เช่น โซนิคบูม การสตรีมแบบอะคูสติกหรือการไหลคงที่ของของไหลที่คลื่นเคลื่อนที่ผ่าน
ความอิ่มตัวของเสียงหรือจุดที่สสาร ไม่สามารถดูดซับพลังงานจากคลื่นเสียงได้อีกต่อไป อะคูสติก แบบไม่เชิงเส้นเป็นฟิลด์ที่ซับซ้อน และปรากฏการณ์ทางกายภาพที่ทำให้เกิดผลกระทบเหล่านี้อาจเข้าใจได้ยาก แต่โดยทั่วไปแล้ว ผลกระทบที่ไม่เชิงเส้นสามารถรวมกันเพื่อสร้างเสียงที่หนักแน่นมีพลังมากกว่าเสียงที่เงียบกว่า เนื่องจากผลกระทบเหล่านี้ทำให้แรงดันการแผ่รังสีอะคูสติกของคลื่นมีกำลังมากพอที่จะปรับสมดุลแรงดึงของแรงโน้มถ่วง
การสนทนาทั่วไปประมาณ 60 เดซิเบล และไนต์คลับที่มีเสียงดังจะใกล้เคียงกับ 110 เดซิเบล การทำให้วัตถุลอยได้ด้วยเสียงนั้นไม่ง่ายเหมือนการเล็งทรานสดิวเซอร์กำลังสูงไปที่รีเฟลกเตอร์ นักวิทยาศาสตร์ต้องใช้เสียงที่มีความถี่ที่ถูกต้องเพื่อสร้างคลื่นนิ่งที่ต้องการ ความถี่ใดๆ สามารถสร้างเอฟเฟกต์แบบไม่เชิงเส้นในระดับเสียงที่เหมาะสม
แต่ระบบส่วนใหญ่ใช้คลื่นอัลตราโซนิก ซึ่งมีระดับเสียงสูงเกินกว่าที่ผู้คนจะได้ยิน นอกจากความถี่และปริมาตรของคลื่นแล้ว นักวิจัยยังต้องใส่ใจกับปัจจัยอื่นๆ อีกหลายประการ ระยะห่างระหว่างทรานสดิวเซอร์และรีเฟลกเตอร์ต้องเท่ากับครึ่งหนึ่งของความยาวคลื่นของเสียงที่ทรานสดิวเซอร์สร้างขึ้น สิ่งนี้สร้างคลื่นที่มีโหนดและแอนติโนดที่เสถียร คลื่นบางชนิดสามารถสร้างโหนดที่ใช้งานได้หลายโหนด แต่โหนดที่ใกล้ที่สุดกับทรานสดิวเซอร์และรีเฟลกเตอร์
มักจะไม่เหมาะสำหรับวัตถุที่ลอยได้ นี่เป็นเพราะคลื่นสร้างโซนแรงดันใกล้กับพื้นผิวสะท้อนแสง ในสภาพแวดล้อมที่ไร้น้ำหนักเช่น พื้นที่รอบนอก พื้นที่เสถียรภายในโหนดจะต้องมีขนาดใหญ่พอที่จะรองรับวัตถุที่ลอยอยู่ได้ บนโลกพื้นที่ความกดอากาศสูงใต้โหนดจะต้องมีขนาดใหญ่เพียงพอเช่นกัน ด้วยเหตุผลนี้ วัตถุที่ลอยได้ควรวัดได้ระหว่าง 1 ใน 3 และครึ่งหนึ่งของความยาวคลื่นของเสียง วัตถุที่มีขนาดใหญ่กว่า 2 ใน 3 ของความยาวคลื่นของเสียงนั้นใหญ่ โดยจะเกินกว่าจะลอยได้ สนามก็ไม่ใหญ่พอที่จะรองรับวัตถุเหล่านั้นได้ ยิ่งความถี่ของเสียงสูงเท่าใด เส้นผ่านศูนย์กลางของวัตถุที่ลอยได้ก็จะยิ่งเล็กลงเท่านั้น
บทความที่น่าสนใจ : อาชญากรรม การทำความเข้าใจเกี่ยวกับการวิเคราะห์รูปแบบคราบเลือด
