Cientistas desenvolvem novas técnicas para levitar materiais

Pesquisadores do Instituto de Física (IF) e da Escola Politécnica (Poli) da USP desenvolveram um sistema de levitação de objetos que traz uma evolução em relação aos já existentes, que é o maior controle do material durante sua levitação. “Processos desse tipo, utilizando forças de radiação acústica, já são usados, por exemplo, em estudos e experimentos nas áreas de química e física”, conta o professor Julio Cezar Adamowski, do Departamento de Mecatrônica da Escola Politécnica (Poli) da USP.

O trabalho resulta da parceria entre os professores Adamowski, Marco Aurélio Brizzotti Andrade, do IF, e Nicolás Pérez, da Universidade de La República, no Uruguai. O equipamento, recentemente desenvolvido por eles, possibilita maior controle do objeto em levitação, que pode ser movido para cima ou para baixo, e para ambos os lados. Andrade conta que os sistemas já conhecidos necessitam de maior precisão para que os corpos se mantenham levitados. “Neste caso, qualquer movimento interrompe o processo de levitação”, descreve. “Na indústria química, por exemplo, equipamentos desse tipo podem ser usados para a análise de líquidos”, diz Adamowski. Apesar de as aplicações serem inúmeras, o professor conta que o objetivo principal dos estudos é dominar a tecnologia de levitação de materiais.

Nos testes com o novo equipamento, os cientistas utilizam pequenas esferas de isopor. “Mas a intenção é diversificar o tipo de material, evoluindo para corpos mais pesados”, avisa Andrade. A levitação ocorre pela reflexão de ondas sonoras. O sistema é formado por um cilindro chamado transdutor, que possui cerca de 5 cm de diâmetro e que tem sua extremidade mais fina (aproximadamente 1 cm de diâmetro), direcionada para baixo. Na parte inferior do sistema, há um pequeno cilindro côncavo (que possui 4 cm de diâmetro com uma superfície côncava de 3,3 cm de raio de curvatura), denominado refletor. Assim, o transdutor é posicionado com a sua extremidade fina na direção do refletor, de forma horizontal (veja a foto abaixo).

Depois de posicionar o transdutor sobre o refletor, o aparelho é ligado e ondas sonoras de alta intensidade são produzidas neste espaço, com uma frequência superior a 23 mil Hertz (Hz). “O ouvido humano consegue captar frequências de até 20 mil Hertz”, informa o físico. A força de radiação acústica produzida pelo som é que possibilita manter o material levitando.

Neste levitador recentemente desenvolvido, a interação entre a onda emitida pelo transdutor com a refletida pela superfície do refletor produz um tipo particular de onda. É o que os cientistas denominam “ondas estacionárias”, onde há pontos de mínima pressão acústica, que eles chamam de nós. “Esses nós são capazes de neutralizar a gravidade, permitindo então a levitação do objeto”, descreve Andrade.

“A diferença em relação aos sistemas convencionais é que podemos movimentar o corpo levitado para cima, para baixo ou para os lados, de acordo com o movimento do refletor”, explica o professor do IF, lembrando que esse tipo de levitador é conhecido como não-ressonante. “Assim, a distância entre o transdutor e o refletor não é necessariamente fixa.”

Evolução

O sistema atualmente desenvolvido é uma evolução do equipamento construído por Andrade em seu doutorado, em 2009, que teve a orientação de Adamowski. Na oportunidade, o físico desenvolveu um levitador ressonante. A diferença é que o sistema necessita de maior precisão de ajuste para que o objeto permaneça levitado. “A distância entre o refletor e o transdutor, neste caso, tem de ser múltipla de meio comprimento de onda sonora”, explica o professor Adamoswki. Neste equipamento, é possível levitar uma pequena esfera de aço e até mesmo uma gota de água, o que prova que a manipulação de partículas diversas pode ser feita com o uso do levitador.