Лазерный свет может поднимать крошечные объекты

Свет был приведен в действие, создавая ту же силу, которая заставляет самолеты летать, исследование, появившееся в сети 5 декабря на шоу Nature Photonics . При правильной конструкции равномерный поток света толкнул крошечные объекты почти так же, как крыло самолета поднимает 747 над землей.

Исследователи давно знали, что взрыв объекта светом может оттолкнуть его Исследователи давно знали, что взрыв объекта светом может оттолкнуть его. Это идея солнечных парусов, которые, например, используют радиацию для движения в космосе. «Способность света давить на что-то известно», - говорит соавтор исследования Гровер Шварцландер из Рочестерского технологического института в Нью-Йорке.

Новый трюк Light более хитрый, чем скучный толчок: он создал более сложную силу, называемую подъемной силой, которая проявляется, когда поток в одном направлении перемещает объект перпендикулярно. Аэродинамические профили создают подъемную силу; когда двигатель двигает самолет вперед, его изогнутые крылья вызывают его подъем.

Lightfoils не собирается удерживать Airbus на высоте в течение времени, необходимого для перелета из JFK в LAX. Но массивы крошечных устройств могут использоваться для питания микромашин, транспортировки крошечных частиц или даже для улучшения методов рулевого управления на солнечных парусах.

По словам физика Майлза Паджетта из Университета Глазго в Шотландии, «оптическая подтяжка» - «действительно изящная идея», но пока рано говорить о том, как этот эффект можно использовать. «Может быть, это полезно, а может и нет. Время покажет."

Этот свет может вызвать неожиданный эффект подъема с очень простого вопроса, говорит Сварцлендер: «Если у нас есть что-то в форме крыла, и мы проливаем свет через него, что происходит?» Эксперименты по моделированию показали исследователям, что асимметричное отклонение свет создаст удивительно устойчивую подъемную силу. «Поэтому мы подумали, что лучше провести эксперимент», - говорит Сварцлендер. «Потому что это выглядит слишком красиво».

Исследователи создали крошечные стержни, похожие на крылья самолета - плоские с одной стороны и закругленные с другой. Когда эти световые пленки микронного размера были погружены в воду и получили 130 милливатт света из нижней части камеры, они начали двигаться вверх, как и ожидалось. Но стержни также начали двигаться в сторону, направление, перпендикулярное входящему свету. Команда исследователей обнаружила, что крошечные симметричные сферы не демонстрируют такого эффекта лифта.

Оптический подъемник отличается от аэродинамического подъема, создаваемого аэродинамическим профилем. Самолет летит, потому что воздух, протекающий под его крылом медленнее, оказывает большее давление, чем воздух, движущийся быстрее. Но в легкой фольге лифт создается внутри объекта, когда луч проходит сквозь него. Форма прозрачного светового потока приводит к тому, что свет преломляется по-разному в зависимости от того, где он проходит, что вызывает соответствующий изгиб импульса луча, который создает подъемную силу.

Команда обнаружила, что углы подъема этих легких опор составляли около 60 градусов. «Большинство аэродинамических элементов взлетают под очень плавными углами, но у этого есть очень яркий, очень мощный угол подъема», - говорит Сварцлендер. «Вы можете представить, что произойдет, если ваш самолет взлетит на 60 градусов - ваш желудок окажется в ваших ногах».

По словам газеты, когда стержни поднимаются, они не должны затормозить. «Хитрость заключается в том, что он на самом деле самостабилизируется», - говорит Паджетт. «Он немного крутится в одну сторону, и вы думаете:« О, дорогой, он перестанет работать », а затем свет снова поворачивает его назад».

Сварцлендер говорит, что надеется в конечном итоге также испытать легкие пленки на воздухе и попробовать разные формы и материалы с различными преломляющими свойствами. В исследовании исследователи использовали ультрафиолетовый свет для создания лифта, но другие виды света будут работать так же хорошо, говорит Сварцлендер. «Прекрасная вещь в том, что это будет работать, пока у вас есть свет».

Видео: проезжая луч света, крошечная частица размером в тысячи долей миллиметра толкается вбок той же силой, которая удерживает самолеты в воздухе. Предоставлено: Swartzlander et al.

Смотрите также:

Этот свет может вызвать неожиданный эффект подъема с очень простого вопроса, говорит Сварцлендер: «Если у нас есть что-то в форме крыла, и мы проливаем свет через него, что происходит?