Damlaların Ses Dalgalarında Sörfü
Daniele ve meslektaşları, maddeyi niteliklerinden bağımsız olarak havada asılı tutmayı ve hareket ettirmeyi başardı. Bu başarı sadece insanları etkilemeye yaramıyor. Herhangi bir yüzeye temas etme zorunluluğunun ortadan kalkması, çalışmaları kötü etkileyebilecek yüzeylerden ya da laboratuvar tüplerinden kurtulmak anlamına geliyor.
02 Aralık 2015, Çarşamba
Havada asılı duran bir kürdan denince aklınıza görünmez ip, mıknatıs ya da çeşitli illüzyonlar gelebilir. Doktora sonrası araştırmalarını LTET’de (Laboratory of Thermodynamics in Emerging Technologies) sürdüren Daniele Foresti, bu yöntemlere birini daha ekledi: Ses dalgaları... Her ne kadar büyü gibi görünse de, Daniele’nin yaptığı şey tam anlamıyla bilimdi. Daniele ve meslektaşları, maddeyi niteliklerinden bağımsız olarak havada asılı tutmayı ve hareket ettirmeyi başardı. Bu başarı sadece insanları etkilemeye yaramıyor. Herhangi bir yüzeye temas etme zorunluluğunun ortadan kalkması, çalışmaları kötü etkileyebilecek yüzeylerden ya da laboratuvar tüplerinden kurtulmak anlamına geliyor. Örneğin, bazı hassas kimyasal veya biyolojik reaksiyonlarda ürün bir yüzeye temas ettiğinde kimyasal yapısı değişebilmekte.
Durağan bir dalgada sörf yapmak
Bugüne kadar bilim insanları mıknatıslar ve elektrik alanları gibi çeşitli tekniklerle havada asılı kalma fenomenini uygulamayı başarmıştı; fakat bu teknikler, kullanılan maddeleri sınırlamaktaydı. Konu hakkında, termodinamik profesörü olarak araştırmanın başında bulunan Dimos Poulikakos şöyle açıklama yaptı: “Küçük bir sıvı damlasını mıknatıslarla havada asılı tutmak ve keskin hareketler yaptırmak çok zordur. Bunu sağlamak için sıvı mıknatıs özellikleri göstermelidir. Buna uygun sıvılar ise sadece su ve yağ gibi birbirlerine karışmayan ikililerdir.”
Bunun tam tersine, ses dalgaları kullanıldığında maddenin nitelikleri sınırlayıcı olmaktan çıkıyor. Bu da madde seçimlerinde özgürlük anlamına geliyor. Tek sınırlayıcı faktör ise kullanılan ses dalgasının dalga boyunun, maddenin çapına oranının iki olması. Bir maddenin havada asılı kalabilmesi için üzerinde etkide bulunan bütün kuvvetlerin bileşkesinin sıfır olması gerekir. Bu deneyde ses dalgası, yerçekiminin zıt yönünde onunla aynı büyüklükte bir kuvvet uygulayarak maddenin yere düşmesini engelliyor. Ses dalgasının uyguladığı kuvvet ise bir verici ve onu yansıtan bir yansıtıcı madde aracılığıyla sağlanıyor.
Uçan kahve damlası
Akustik dalgaların kuvvet uyguladığı yüz yıldan uzunca bir süredir biliniyordu; fakat bugüne kadar kimse ses dalgalarını kullanarak maddeleri havada asılı tutmayı ya da hareket ettirebilmeyi başaramamıştı. Foresti, birden çok verici-yansıtıcı çiftini paralel dizerek maddeleri hareket ettirebildi. Bu verici-yansıtıcı ikilileri arasındaki hareketleri ise vericileri farklı dalga boylarında çalıştırarak başardı.
Bir deneyde Foresti havada granül kahve ile su damlasını birleştirerek kahve damlası elde etti. Daha ileriki aşamalardaki bir deneyde ise biri asit biri baz özellik gösteren iki sıvı damlasını karıştırdı. Ortaya çıkan damla, nötr pH seviyesinde ışık yaymayı sağlayan bir pigment içeriyordu.
Asılı durumda gerçekleşen işlemlerin incelenmesi
“Maddelerin havada asılı kalması, geniş uygulama alanlarına sahip olabilir” diye ekledi Foresti. Bu kontrollü hareketler özellikle endüstriyel alanda ilgi çekici sonuçlar üretebilecek kapasitede. Örneğin, bazı kimyasal veya biyolojik deneylerde maddeler çok duyarlı olabiliyor ve üretildikten hemen sonra incelenmesi gerekebiliyor. Bu teknik yardımıyla araştırmacılar çok ufak miktarlardaki maddeleri, bulunduğu yüzeyin etkisine maruz kalmadan karıştırıp inceleyebilecek.
Araştırmacılar şu ana kadar tekniği sıvı damlacıklarıyla ve birkaç milimetre çapındaki parçacıklarla deneyip olumlu sonuç almış durumdalar. Çeşitli teorik analizlerden sonra ses dalgaları maddeye gönderiliyor. Eğer uygulanan kuvvet, sıvının yüzey basıncından büyük olursa damlacık patlayarak püskürüyor. Araştırmacılar şu ana kadar su damlalarını, bazı hidrokarbonları ve çözücüleri havada asılı tutabilmiş durumda.
Kaynak: “Levitation: Droplets Surfing On Sound Waves”, http://www.sciencedaily.com/releases/2013/07/130716140702.htm.
Hazırlayan: Mehmed Nazif Taşbaş - İTÜ Moleküler Biyoloji ve Genetik Bölümü
Bilim ve Gelecek