來源：北京新浪網

2006年12月14日

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，也不是在類比太空失重環境，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，實驗証明，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于半波長。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.傑姆和英國布里斯托爾大學的麥 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 理已在日本得到驗証，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。相同的原理也被用于研制 磁懸浮列車，儘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 方法所採用的物理原理不一樣，從其名稱可以看出，分別採用了聲輻 射力、磁場力、靜電場力、氣動力、電磁感應力、光輻射力等。 -文/本報記者 劉慧