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被聲波懸空的小動物
被聲波懸空的小動物
沒有失重，魚和螞蟻卻能飄浮在半空中
沒有翅膀的魚和螞蟻竟然可以優哉游哉地飄浮在空中，這可不是魔術表演的現場，也不是在模擬太空失重環境，而是發生在西北工業大學實驗室的真實一幕。主持這項實驗的解文軍是西北工業大學的材料物理學家，當然科學家們並非故意在和這些小動物開玩笑，而是在進行一項聲懸浮研究。
魚和螞蟻飄浮在空中
普通物體和動物由於自身的重力作用，如果不借助外力不可能克服地心引力，自由飄浮在空中。當然也有例外，宇航員在太空中也體驗過失重的感覺，可以懸浮在空中。這是因為宇航員搭乘的航天器，運動軌跡處在兩個天體的引力平衡點上，比如地球和月球的引力互相抵消，這時航天器就處在失重環境中，重力為零，自然就能飄起來了。
這些飄浮在空中的魚和螞蟻難道也是因為科學家通過特殊手段為它們營造出了一個失重環境嗎？『魚和螞蟻的飄浮不是一種失重現象。』失重的猜測馬上遭到了解文軍的否定，看來答案並非如此簡單。
如果魚和螞蟻依然沒有逃脫自身重力的作用，從力的平衡角度考慮，必定有一個來自外部的力量幫助它們克服了重力，最終實現飄浮。這個我們看不到的力量到底來自哪裡呢？
在空中飄浮，小動物顯得比較緊張
解文軍告訴我們，實際上他們只是巧妙利用了聲波。在實驗中，上面的聲發射端發出聲波，聲波抵達下端的聲反射端後被反射回來，反射回來的聲波與繼續向反射端傳播的聲波重疊，如此就形成了駐波，駐波不會像聲波一樣向前運動，只是在原地上下振動，振幅最大處叫波腹，振幅最小處即看上去靜止不動處叫波節。只要把魚和螞蟻等小動物放到波節處，它們也就靜止不動了。
進行實驗時，只要先調節好反射端到發射端之間的距離，波節位置就是固定的，這時只要用鑷子將螞蟻、瓢蟲和小魚等小動物放在這個位置就可以了。飄浮在空中的時候，這些動物都顯得比較緊張，螞蟻手舞足蹈地企圖四處游走，瓢蟲也使勁拍打著翅膀，似乎想飛走。但是它們的身體並沒有受到傷害，不過小魚的活力顯然受到了一些影響，因為離開了有水的環境，所以當小魚飄浮在空中的時候，解文軍還在一旁不停地給小魚進行『淋浴』。
聲波到達一定強度，人能飄浮起來嗎？
事實上，早在2002年，解文軍和同事就曾經利用聲波懸浮起了固體銥和液體汞。從2003年起，他們開始關注有生命物體的聲懸浮。
那麼，如果聲波達到一定強度，是否有可能將人也懸浮起來呢？解文軍說，實驗證明，聲懸浮原則上可以懸浮起一定體積的任何固體和液體，他們實驗中懸浮的動物有地上爬的、水中游的以及天上飛的，但是小動物的尺寸都不超過1厘米。這是因為，聲懸浮的原理決定了懸浮物體的尺寸必須小於半波長。對超聲波段，可以懸浮的物體尺寸不超過1厘米。目前還沒有看到能夠懸浮像人這麼大尺寸的物體的聲懸浮器。
國外科學家嘗試將青蛙懸浮起來
將活著的動物懸浮起來的實驗國外也有科學家進行過嘗試。1997年，荷蘭奈梅亨大學的物理學家安德烈.傑姆和英國布裡斯托爾大學的麥克爾·貝利爵士，曾經使用磁石使青蛙飄浮起來。他們利用一塊超導磁石將一只活著的青蛙飄浮在半空中。青蛙本身是一個非磁體，但是通過電磁石的磁場而變得有磁性。
除此之外，超導體也會因為它們對磁場的排斥力而自動浮起。這一原理已在日本得到驗證，1996年日本在磁場懸浮實驗中，利用一個金屬盤子將體重為142公斤的相撲運動員懸起。相同的原理也被用於研制磁懸浮列車，盡管現在使用的磁懸浮列車多用電磁場來實現，但它們的原理是一致的。
解文軍說，現在懸浮方法有很多，比如聲懸浮、磁懸浮、靜電懸浮、氣動懸浮、電磁懸浮、光懸浮等，各種懸浮方法的目標都是一樣的，即產生一個可以平衡地球重力的力，使物體懸浮起來。只是各種懸浮方法所采用的物理原理不一樣，從其名稱可以看出，分別采用了聲輻射力、磁場力、靜電場力、氣動力、電磁感應力、光輻射力等。
延伸閱讀
地面飛行器———磁懸浮列車
懸浮有兩種形式：利用空氣向下噴氣產生懸浮的方法叫氣懸浮，用這種方式人們已經制造出了直昇飛機和氣墊船。利用磁性材料的相斥性和相吸性進行懸浮的方法叫磁懸浮。1935年，德國的赫爾曼·肯佩爾最早申報了磁懸浮車的技術專利。不過，世界上工業發達國家真正對氣懸浮和磁懸浮列車進行研究和實驗，卻是始於上世紀60年代。
2003年9月，我國第一條磁懸浮列車示范線路在上海正式開通。這是一條新型的無接觸懸浮軌道客運交通系統。也是世界上第一條磁懸浮商業運營交通線。磁懸浮列車線路連接上海龍陽路地鐵車站和上海浦東國際機場，全程長度為30公裡。
磁懸浮列車是一種利用磁極吸引力和排斥力的高科技交通工具。簡單地說，排斥力使列車懸起來、吸引力讓列車開動。磁懸浮列車上裝有超導磁鐵，鐵路底部則安裝線圈。通電後，地面線圈產生的磁場極性與列車上的電磁體極性總保持相同，兩者『同性相斥』，排斥力使列車懸浮起來。鐵軌兩側也裝有線圈，交流電使線圈變為電磁體。它與列車上的磁鐵相互作用，使列車前進。磁懸浮列車運行時與軌道保持一定的間隙，一般為1厘米至10厘米，因此運行安全、平穩舒適、無噪聲，全自動化運行，時速可達550公裡，被譽為『地面飛行器』、『超低空飛機』。
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