Levitatie door de ogen van een natuurkundige

Als bewoners op aarde hebben wij maar al te veel ervaring met het principe genaamd zwaartekracht. Iedereen weet uit ervaring dat als je een voorwerp loslaat in de lucht, dat het maar eindigt op 1 plek: de grond. Hoewel deze aantrekkingskracht niet is weg te wuiven, maar juist zijn eigen artikel verdient, is men niet verrast wanneer het zich voordoet. Een fenomeen dat wel de benodigde blikken trekt is er eentje waarbij een voorwerp lijkt te zweven zonder enige houvast. Dit wordt ook wel gekend als levitatie. Hoewel dit lijkt te tarten met de wetten van de natuur, is deze fenomeen uitvoerig ontleed en verklaart door menig wetenschappers. Ons is dus de plicht en de eer om de inzichten te delen over deze verschijnsel. En hiermee u een goed begrip te geven in zwevende objecten. In het bijzonder zullen wij levitatie door geluid behandelen. De reden hiervoor zal verderop in het artikel blijken.

Levitatie: wat is het?

Om levitatie te begrijpen moeten wij eerst kijken naar wat zwaartekracht eigenlijk is. Door de zwaartekracht worden wij naar de aarde toegetrokken. Dus we kunnen het beste zwaartekracht definiëren als een kracht gericht naar beneden. Om een object te kunnen laten zweven zouden we dus een even grote kracht naar boven gericht moeten hebben. Iets te weinig van deze kracht en het object dat we hebben zal alsnog vallen. Iets te veel, dan zal het i.p.v. te zweven naar boven schieten.

In werkelijkheid is het niet mogelijk om een even grote kracht te bewerkstelligen. Om levitatie toch mogelijk te maken moeten er constant correcties worden uitgevoerd. Wat wij hieruit kunnen concluderen is dat een zwevend object nooit helemaal stil staat, maar constant op en neer beweegt rondom een punt. Maar omdat de correcties heel klein kunnen worden gemaakt, kan het voor het blote oog lijken dat het object stilstaat.

De bovenstaande beschrijving geldt voor elke vorm van levitatie. Wat verschilt in de vorm van levitatie is wat de opwaartse kracht veroorzaakt. Deze kracht kan namelijk veroorzaakt worden door:

• Magnetisch veld
• Gas
• Geluid
• Licht
• Drijfkracht

Hieruit is te zien dat levitatie door opmerkelijke manieren werkelijkheid kan worden. Het is fascinerend om te weten dat iets zoals licht als het ware een echt object kan “optillen”. Maar hoe is het dan in hemelsnaam mogelijk dat bijvoorbeeld geluid iets kan laten zweven?

Geluid

Om te begrijpen hoe geluid in staat is om objecten te leviteren moeten we het eerst natuurkundig beschrijven. Geluid is namelijk niets anders dan trillende luchtdeeltjes. De kracht en frequentie van deze trillingen bepaalt wat voor geluid we horen: hoge of lage tonen & harde en zachte geluiden. De onderstaande animatie maakt het bovenstaande duidelijk. [Klik op afbeelding voor animatie]

Als we de animatie gaan analyseren dan zien we dat er luchtdeeltjes periodiek dicht opeen en ver uit elkaar staan. Waar de deeltjes dicht bij elkaar staan heerst er een hoge druk. En waar het aantal deeltjes ver uit elkaar staan heerst er een lage druk. Er is ook te zien dat de hoge en lage druk gebieden zich steeds verplaatsen. Om levitatie te laten werken moeten we een fascinerende eigenschap van lucht deeltjes toepassen. Namelijk als je een gerepliceerde geluidsgolf in de tegengestelde richting laat lopen, dan ontstaat er een staande golf. Dit is beter te begrijpen met de volgende animatie.

De x – as van de grafiek geeft de positie van de luchtdeeltjes aan. De hoogte van de grafiek geeft aan wat de druk is op dat punt. Zoals is te zien zijn de posities met geen druk vastgelegd. De hoge en lagedrukgebieden hebben nu een vaste plek! Deze staande golf zou ons dus levitatie mogelijk moeten maken. En dat is precies wat wij hebben gedaan.

Akoestische levitatie:

Zoals is te zien is hier een klein balletje aan het zweven. Dit apparaat heeft de theorie van akoestische levitatie toegepast. Dat balletje zit namelijk op een lagedrukgebied. Het ene hogedrukgebied duwt het balletje naar boven, en het andere hogedrukgebied duwt het weer naar beneden. Op deze manier blijft het balletje relatief stil in de lucht. Dit is maar 1 van de vele toepassingen van levitatie. Hiermee tonen we maar weer hoe fascinerend geluid kan zijn. Soms kun je het horen, en soms kan je het dingen zien laten zweven.