Lévitation - Levitation
La lévitation (du latin levitas « légèreté ») est le processus par lequel un objet est maintenu en l'air, sans support mécanique, dans une position stable.
La lévitation est accomplie en fournissant une force ascendante qui contrecarre l'attraction de la gravité (par rapport à la gravité sur terre), plus une force stabilisatrice plus petite qui pousse l'objet vers une position d'origine chaque fois qu'il se trouve à une petite distance de cette position d'origine. La force peut être une force fondamentale telle que magnétique ou électrostatique, ou elle peut être une force réactive telle qu'optique, flottante, aérodynamique ou hydrodynamique. La lévitation exclut le flottement à la surface d'un liquide car le liquide fournit un support mécanique direct. La lévitation exclut le vol stationnaire des insectes, des colibris, des hélicoptères, des fusées et des ballons, car l'objet fournit sa propre force de contre-gravité.
La physique
La lévitation (sur Terre ou sur n'importe quel planétoïde) nécessite une force ascendante qui annule le poids de l'objet, de sorte que l'objet ne tombe pas (accélère vers le bas) ou ne monte pas (accélère vers le haut). Pour la stabilité de position, tout petit déplacement de l'objet en lévitation doit entraîner un petit changement de force dans la direction opposée. les petits changements de force peuvent être accomplis par champ(s) de gradient ou par régulation active. Si l'objet est perturbé, il peut osciller autour de sa position finale, mais son mouvement finit par diminuer jusqu'à zéro en raison des effets d' amortissement . (Dans un écoulement turbulent, l'objet peut osciller indéfiniment.)
Les techniques de lévitation sont des outils utiles dans la recherche en physique. Par exemple, les méthodes de lévitation sont utiles pour les études de propriétés de fusion à haute température, car elles éliminent le problème de réaction avec les conteneurs et permettent une surfusion profonde des fusions. Les conditions sans conteneur peuvent être obtenues en opposant la gravité à une force de lévitation au lieu de permettre à une expérience entière de tomber en chute libre.
Lévitation magnétique
La lévitation magnétique est la forme de lévitation la plus couramment observée et utilisée.
Les matériaux diamagnétiques sont couramment utilisés à des fins de démonstration. Dans ce cas, la force de retour apparaît à partir de l'interaction avec les courants de blindage . Par exemple, un échantillon supraconducteur , qui peut être considéré soit comme un dia-aimant parfait, soit comme un supraconducteur idéalement dur , lévite facilement dans un champ magnétique externe ambiant. Le supraconducteur est d'abord fortement chauffé, puis refroidi avec de l'azote liquide pour léviter au-dessus d'un dia-aimant. Dans un champ magnétique très puissant au moyen de la lévitation diamagnétique , même de petits animaux vivants ont été mis en lévitation.
Il est possible de faire léviter le graphite pyrolytique en en plaçant de minces carrés au-dessus de quatre aimants cubiques, les pôles nord formant une diagonale et les pôles sud formant l'autre diagonale. Des chercheurs ont même réussi à faire léviter des gouttelettes de liquide (non magnétiques) entourées de fluides paramagnétiques. Le processus d'une telle lévitation magnétique inverse est généralement appelé effet magnéto-archimède.
La lévitation magnétique est en cours de développement pour une utilisation dans les systèmes de transport. Par exemple, le Maglev comprend des trains qui sont mis en lévitation par un grand nombre d'aimants. En raison de l'absence de friction sur les rails de guidage, ils sont plus rapides, plus silencieux et plus fluides que les systèmes de transport en commun sur roues.
La suspension électrodynamique utilise des champs magnétiques alternatifs.
Lévitation électrostatique
Dans la lévitation électrostatique, un champ électrique est utilisé pour contrer la force gravitationnelle. Certaines araignées projettent de la soie dans les airs pour chevaucher le champ électrique de la Terre.
Lévitation aérodynamique
En lévitation aérodynamique, la lévitation est obtenue en faisant flotter l'objet sur un flux de gaz, soit produit par l'objet, soit agissant sur l'objet. Par exemple, une balle de ping-pong peut être mise en lévitation avec le flux d'air d'un aspirateur réglé sur "souffler". Avec une poussée suffisante, de très gros objets peuvent être lévités en utilisant cette méthode.
Lévitation du film de gaz
Cette technique permet la lévitation d'un objet contre la force gravitationnelle en le faisant flotter sur un mince film de gaz formé par le flux de gaz à travers une membrane poreuse . En utilisant cette technique, les masses fondues à haute température peuvent être maintenues exemptes de contamination et être surfondues. Un exemple courant dans l'usage général comprend le hockey sur air , où la rondelle est soulevée par une fine couche d'air. Les aéroglisseurs utilisent également cette technique, produisant une grande région d'air à haute pression sous eux.
Lévitation acoustique
La lévitation acoustique utilise des ondes sonores pour fournir une force de lévitation.
Lévitation optique
La lévitation optique est une technique dans laquelle un matériau est lévité contre la force descendante de la gravité par une force ascendante provenant du transfert de quantité de photons ( pression de rayonnement ).
Lévitation flottante
Les gaz à haute pression peuvent avoir une densité supérieure à celle de certains solides. Ainsi, ils peuvent être utilisés pour faire léviter des objets solides par flottabilité . Les gaz nobles sont préférés pour leur non-réactivité. Le xénon est le gaz noble non radioactif le plus dense, à 5,894 g/L. Le xénon a été utilisé pour faire léviter le polyéthylène , à une pression de 154 atm.
Force Casimir
Les scientifiques ont découvert un moyen de faire léviter des objets ultra petits en manipulant la force dite de Casimir , qui provoque normalement le collage des objets en raison des forces prédites par la théorie quantique des champs . Ceci n'est cependant possible que pour les micro-objets.
Les usages
Trains Maglev
La lévitation magnétique est utilisée pour suspendre les trains sans toucher la voie. Cela permet des vitesses très élevées et réduit considérablement les besoins d'entretien des pistes et des véhicules, car il se produit peu d'usure. Cela signifie également qu'il n'y a pas de friction, donc la seule force agissant contre elle est la résistance de l'air.
Lévitation animale
Les scientifiques ont fait léviter des grenouilles, des sauterelles et des souris au moyen de puissants électroaimants utilisant des supraconducteurs, produisant une répulsion diamagnétique de l'eau corporelle. Les souris ont agi de manière confuse au début, mais se sont adaptées à la lévitation après environ quatre heures, ne subissant aucun effet néfaste immédiat.
Lectures complémentaires
- Charles P. Strehlow ; MC Sullivan (2008). "Une démonstration de lévitation en classe...". Journal américain de physique . 77 (9) : 847–851. arXiv : 0803.3090 . doi : 10.1119/1.3095809 . S2CID 119108808 ..
Voir également
Les références
Liens externes
La définition du dictionnaire de lévitation au Wiktionnaire