Oi Habr. Neste artigo, falarei sobre um dispositivo simples para demonstrar levitação acústica a partir dos componentes disponíveis. O artigo tem muitas fotos e um link para um vídeo com experimentos.
No entanto, acabei de repetir o dispositivo final descrito
neste artigo .
Breves informações sobre o dispositivo e experimentos com levitação são mostrados
em meu vídeo (os experimentos
começam às 2:00 ).
O elemento mais importante deste dispositivo são emissores piezoelétricos ultrassônicos, que podem ser obtidos a partir de um sensor de distância ultrassônico suficientemente popular (para aliexpress, procure por "distância ultrassônica HC-SR04" pelo preço de 70 rublos).
Existem dois elementos idênticos neste sensor. Um funciona como um gerador de ultra-som e o segundo como um receptor. Para removê-los, é melhor usar uma bomba de dessoldagem.
Em seguida, você precisa remover a grade para reduzir as perdas durante a geração. Para fazer isso, expanda o encaixe da caixa de alumínio usando pinças ou alicates.
A partir da malha removida, você pode fazer imediatamente uma espátula para instalar partículas em nosso "levitador". Para fazer isso, corte levemente um fósforo ou um palito de dente e cole uma grade de supercola nele. As bordas da malha são melhores para dobrar um pouco.
Na superfície do emissor piezo, que era o receptor, há uma gota de cola semelhante a gel. Presumivelmente, isso é feito para uma melhor absorção da onda ultrassônica. É aconselhável remover esta gota com uma pequena chave de fenda.
Em seguida, coletamos os emissores sem grade, apertando a borda da caixa com alicates em vários locais.
Agora temos dois emissores ultrassônicos. Eles precisam ser soldados em paralelo e conectados a um circuito que produz um sinal variável retangular com uma amplitude de 12 V e uma frequência de 40 kHz ou, em outras palavras, pulsos de tensão de -12 V a +12 V.
O esquema abaixo é retirado do artigo original. Ele usa o driver do motor de passo L239D. Ao mesmo tempo, o texto refere-se ao driver L293D (os números foram alterados), o que é mais comum. Você pode comprar uma placa pronta no driver L298N (pesquise "placa de acionamento motorizado L298N" por cerca de 120 rublos). Acabei de usar um circuito de ponte nos transistores para mudar a polaridade do motor e também funciona bem. Mas é mais fácil comprar uma placa pronta com o driver L298N. Você também precisa comprar uma placa Arduino Nano, que cria a frequência desejada de 40 kHz e uma fonte de alimentação de 12 V (corrente suficiente 1 A). O programa para o Arduino está
no artigo original . Como resultado, o circuito deve produzir pulsos de tensão de ± 12 V com uma frequência de 40 kHz.
Após a montagem do circuito, é necessário instalar os transdutores piezoelétricos um contra o outro, deixando a capacidade de alterar a distância entre eles. Eu usei um construtor de metal, no qual encontrei uma peça interessante com recortes longitudinais para parafusos. Não me lembro de que conjunto era essa peça, já que comprava há muito tempo conjuntos de fabricantes nacionais e estrangeiros (parafusos M4, diâmetro do furo 10 mm) e os reunia.
Selecionei uma distância a partir de 25 mm. Gradualmente, reduziu-o em meio milímetro e verificou como as partículas de espuma pendiam. Ele parou aos 22 mm, enquanto as partículas ficaram melhores. No artigo original, há uma maneira de encontrar a distância ideal usando um osciloscópio. Se um transdutor piezoelétrico é desconectado temporariamente do gerador, ele se torna um receptor e produz um seno. É necessário combiná-lo em fase com um sinal retangular do gerador.
Quando a distância ideal for encontrada, você poderá iniciar o experimento. Para fazer isso, você precisa preparar pequenas partículas de luz: bolas de espuma (também neve artificial), pedaços de guardanapo, papel e papel alumínio (potal), decorações de Natal como "chuva", grandes brilhos. Usando uma lâmina de malha, é necessário trazê-los para a área entre os emissores piezoelétricos e abaixar a lâmina. A partícula será capturada em um dos nós da onda estacionária. Esses nós estão aproximadamente com 4 mm de distância. Você pode inserir várias partículas ao mesmo tempo. Dependendo do tamanho e da forma, as partículas podem ficar imóveis, oscilar ou girar.
Por incrível que pareça, ainda no aliexpress não existe esse dispositivo de forma pronta em um lindo estojo. Mas há um kit para auto-montagem de um levitador mais poderoso de 75 emissores piezoelétricos (procure por "Levitator acústico", o preço é de cerca de 5000 rublos para uma versão desmontada). Há
todo um
artigo científico sobre esse grande levitador.
Obrigado a todos pela atenção, espero que o artigo seja útil. Feliz levitação!