erd_sol (erd_sol) wrote,
erd_sol
erd_sol

Category:

Левитация дисков из тонких пленок в условиях мезосферы


Ученые из Пенсильванского университета заявили, что управляемая светом левитация макроскопических полимерных пленок с наноструктурированной поверхностью является кандидатом в применении на реальных летательных аппаратов для обеспечения их длительного и устойчивого полета в мезосфере.

Учёные в своих экспериментах поднимали в воздух диски сантиметрового размера, сделанные из коммерческой майларовой пленки толщиной 0,5 микрон, покрытой с одной стороны углеродными нанотрубками.

При освещении светом, с интенсивностью сравнимой с естественным солнечным излучением, полимерный диск нагревается и по-разному взаимодействует с падающими молекулами газа на верхней и нижней сторонах, в результате создавались силы отдачи (не равные) на каждой стороне диска и таким образом формировалась результирующая подъемная сила.

Исследователи воспользовались явлением фотофореза — возникновением движущей силы за счет взаимодействия облучаемого светом тела с окружающим его газом. Эффект состоит в том, что если сталкивающиеся с телом молекулы газа отскакивают от поверхности одной из его сторон в среднем с большей скоростью (по сравнению с молекулами, отскакивающими с других поверхностей того же тела), то на эту сторону оказывается избыточное давление со стороны внешней среды, то есть окружающий газ передает телу ненулевой средний импульс, подталкивая его в одну сторону. Если расположить тело так, чтобы молекулы отскакивали быстрее от нижней стороны и медленнее от верхней, то эта сила будет противодействовать земному тяготению и, при условии, что она достаточно велика, может удерживать тело в воздухе.


В экспериментах наблюдалась левитация дисков диаметром 6 мм в вакуумной камере при давлениях от 10 до 30 Па. Более того, можно было контролировать полет дисков с помощью светового поля определенной формы, которое освещало левитирующие диски. Исследователи заявили, что экспериментально подтвержденная теоретическая модель предсказывает, что подъемная сила может во много раз превышать вес диска из пленки.

Используемый в настоящее время механизм полета не может быть использован для обеспечения устойчивого полета в мезосфере Земли - верхнем слое атмосферы, расположенном на высотах от ~ 50 до ~ 80 км. Современные самолеты не могут летать в течение длительного периода времени выше ~ 30 до 50 км, так как плотность воздуха на этих высотах слишком мала, чтобы обеспечить подъем для самолетов и воздушных шаров. С другой стороны, космические спутники редко опускаются ниже ~ 150 км, потому что воздух на таких высотах становится достаточно плотным и вызывает чрезмерное сопротивление и нагрев космических аппаратов. Единственные транспортные средства, способные летать в мезосфере - это ракеты, но только в течение (небольшого промежутка времени (нескольких минут). Учёные полагают, что данный принцип перемещения потенциально может обеспечить перспективным летательным объектам устойчивый полет в околоземном пространстве.

Примечательно, что эти левитирующие образцы были изготовлены с использованием простых методов изготовления из недорогих материалов и обеспечивали стабильное парение в воздухе при давлениях, соответствующих высотам ~ 80 км в атмосфере Земли.

Источник:
https://advances.sciencemag.org/content/7/7/eabe1127
https://media.architecturaldigest.com/photos/585187d0001c874267ed3bfe/master/pass/Paradoxal%201.jpg
Tags: левитация, мезосфере, наука, технологии
Subscribe

Recent Posts from This Journal

  • Post a new comment

    Error

    default userpic
    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 42 comments
Previous
← Ctrl ← Alt
Next
Ctrl → Alt →
Previous
← Ctrl ← Alt
Next
Ctrl → Alt →

Recent Posts from This Journal