飘浮并非因为失重 我国专家用声波悬空动物  北京科技报(06/12/14

被声波悬空的小动物

　　没有失重，鱼和蚂蚁却能飘浮在半空中

　　没有翅膀的鱼和蚂蚁竟然可以优哉游哉地飘浮在空中，这可不是魔术表演的现场，也不是在模拟太空失重环境，而是发生在西北工业大学实验室的真实一幕。主持这项实验的解文军是西北工业大学的材料物理学家，当然科学家们并非故意在和这些小动物开玩笑，而是在进行一项声悬浮研究。

鱼和蚂蚁飘浮在空中

　　普通物体和动物由于自身的重力作用，如果不借助外力不可能克服地心引力，自由飘浮在空中。当然也有例外，宇航员在太空中也体验过失重的感觉，可以悬浮在空中。这是因为宇航员搭乘的航天器，运动轨迹处在两个天体的引力平衡点上，比如地球和月球的引力互相抵消，这时航天器就处在失重环境中，重力为零，自然就能飘起来了。

　　这些飘浮在空中的鱼和蚂蚁难道也是因为科学家通过特殊手段为它们营造出了一个失重环境吗？ “鱼和蚂蚁的飘浮不是一种失重现象。”失重的猜测马上遭到了解文军的否定，看来答案并非如此简单。

　　如果鱼和蚂蚁依然没有逃脱自身重力的作用，从力的平衡角度考虑，必定有一个来自外部的力量帮助它们克服了重力，最终实现飘浮。这个我们看不到的力量到底来自哪里呢？

　　在空中飘浮，小动物显得比较紧张

　　解文军告诉我们，实际上他们只是巧妙利用了声波。在实验中，上面的声发射端发出声波，声波抵达下端的声反射端后被反射回来，反射回来的声波与继续向反射端传播的声波重叠，如此就形成了驻波，驻波不会像声波一样向前运动，只是在原地上下振动，振幅最大处叫波腹，振幅最小处即看上去静止不动处叫波节。只要把鱼和蚂蚁等小动物放到波节处，它们也就静止不动了。

　　进行实验时，只要先调节好反射端到发射端之间的距离，波节位置就是固定的，这时只要用镊子将蚂蚁、瓢虫和小鱼等小动物放在这个位置就可以了。飘浮在空中的时候，这些动物都显得比较紧张，蚂蚁手舞足蹈地企图四处游走，瓢虫也使劲拍打着翅膀，似乎想飞走。但是它们的身体并没有受到伤害，不过小鱼的活力显然受到了一些影响，因为离开了有水的环境，所以当小鱼飘浮在空中的时候，解文军还在一旁不停地给小鱼进行“淋浴”。

　　声波到达一定强度，人能飘浮起来吗？

　　事实上，早在2002年，解文军和同事就曾经利用声波悬浮起了固体铱和液体汞。从2003年起，他们开始关注有生命物体的声悬浮。

　　那么，如果声波达到一定强度，是否有可能将人也悬浮起来呢？解文军说，实验证明，声悬浮原则上可以悬浮起一定体积的任何固体和液体，他们实验中悬浮的动物有地上爬的、水中游的以及天上飞的，但是小动物的尺寸都不超过1厘米。这是因为，声悬浮的原理决定了悬浮物体的尺寸必须小于半波长。对超声波段，可以悬浮的物体尺寸不超过1厘米。目前还没有看到能够悬浮像人这么大尺寸的物体的声悬浮器。

　　国外科学家尝试将青蛙悬浮起来

　　将活着的动物悬浮起来的实验国外也有科学家进行过尝试。1997年，荷兰奈梅亨大学的物理学家安德烈.杰姆和英国布里斯托尔大学的麦克尔·贝利爵士，曾经使用磁石使青蛙飘浮起来。他们利用一块超导磁石将一只活着的青蛙飘浮在半空中。青蛙本身是一个非磁体，但是通过电磁石的磁场而变得有磁性。

　　除此之外，超导体也会因为它们对磁场的排斥力而自动浮起。这一原理已在日本得到验证，1996年日本在磁场悬浮实验中，利用一个金属盘子将体重为142公斤的相扑运动员悬起。相同的原理也被用于研制磁悬浮列车，尽管现在使用的磁悬浮列车多用电磁场来实现，但它们的原理是一致的。

　　解文军说，现在悬浮方法有很多，比如声悬浮、磁悬浮、静电悬浮、气动悬浮、电磁悬浮、光悬浮等，各种悬浮方法的目标都是一样的，即产生一个可以平衡地球重力的力，使物体悬浮起来。只是各种悬浮方法所采用的物理原理不一样，从其名称可以看出，分别采用了声辐射力、磁场力、静电场力、气动力、电磁感应力、光辐射力等。（刘慧）

　　延伸阅读

　　地面飞行器———磁悬浮列车

悬浮有两种形式：利用空气向下喷气产生悬浮的方法叫气悬浮，用这种方式人们已经制造出了直升飞机和气垫船。利用磁性材料的相斥性和相吸性进行悬浮的方法叫磁悬浮。1935年，德国的赫尔曼·肯佩尔最早申报了磁悬浮车的技术专利。不过，世界上工业发达国家真正对气悬浮和磁悬浮列车进行研究和实验，却是始于上世纪60年代。

       2003年9月，我国第一条磁悬浮列车示范线路在上海正式开通。这是一条新型的无接触悬浮轨道客运交通系统。也是世界上第一条磁悬浮商业运营交通线。 磁悬浮列车线路连接上海龙阳路地铁车站和上海浦东国际机场，全程长度为30公里。

　　磁悬浮列车是一种利用磁极吸引力和排斥力的高科技交通工具。简单地说，排斥力使列车悬起来、吸引力让列车开动。磁悬浮列车上装有超导磁铁，铁路底部则安装线圈。通电后，地面线圈产生的磁场极性与列车上的电磁体极性总保持相同，两者“同性相斥”，排斥力使列车悬浮起来。铁轨两侧也装有线圈，交流电使线圈变为电磁体。它与列车上的磁铁相互作用，使列车前进。磁悬浮列车运行时与轨道保持一定的间隙，一般为1厘米至10厘米，因此运行安全、平稳舒适、无噪声，全自动化运行，时速可达550公里，被誉为“地面飞行器”、“超低空飞机”。