Šviesa gali generuoti keliamąją jėgą

Pasirodo, jog šviesa gali sukurti panašias keliamąsias jėgas, kaip ir oro srovės, priverčiančios į dangų pakilti sparnuotus orlaivius.

Eksperimentų metu, panaudojus tolygų šviesos srautą, mokslininkams pavyko pastumti nanometrų eilės dydžio objektus.

Kaip praneša technologijos.lt, mokslininkai jau seniai žinojo, jog apšvietus objektus, šviesos fotonai sukelia šiuos objektus stumiančią jėgą. Pavyzdžiui, būtent šia mintimi remiasi Saulės burių idėja - sumanymas panaudoti kosminę spinduliuotę kosminiams laivams transportuoti. "Šviesos gebėjimas sukurti slėgį mokslui yra žinomas", - teigia tyrimo bendraautorius Niujorko Ročesterio technologijų instituto mokslininkas Groveris Swartzlanderis.

Tačiau naujasis su šviesa atliekamas "triukas" yra daug įdomesnis nei paprastas postūmis. Šiuo atveju spinduliai sukūrė sudėtingesnę jėgos atmainą - keliamąją jėgą. Tai reiškia, jog šviesai sklindant kuria nors kryptimi, objektas gali būti pakeliamas statmenai šviesos srautui. Šis reiškinys labai primena sparnų veikimą - variklis varo lėktuvą pirmyn, tuo tarpu tam tikru principu išlenkti ir pakreipti sparnai verčia jį kilti aukštyn.

Žinoma, šie mikrosparnai (angl. lightfoil) tradicinių lėktuvų į orą tikrai nepakels. Tačiau tokių mažyčių įtaisų masyvai gali būti naudojami mikromechanizmams varyti, smulkioms dalelėms transportuoti ar netgi geresniems Saulės burių valdymo metodams sukurti.

Tyrimo idėja prasidėjo nuo labai paprasto klausimo: "Jei mes pagaminsime sparno formos mikroskopinį objektą ir jį apšviesime - kas atsitiks?, - sako Swartzlanderis. Pirmiausia buvo atliktas modeliavimas, kurio rezultatai netikėtai parodė, jog asimetrinis šviesos sklaidymas sugeneruotų neįtikėtinai stabilią keliamąją jėgą. "Viskas atrodė tiesiog per gerai. Tada mes pagalvojome - kodėl gi nepabandžius atlikti realaus eksperimento?", - priduria mokslininkas.

Tyrinėtojai pagamino mažyčius skaidrius sparno formą primenančius strypelius - labiau suplotus vienoje pusėje ir apvalesnius kitoje. Įmerkus šiuos mikrono dydžio sparnus į vandenį ir iš rezervuaro apačios apšvietus 130 milivatų galios šviesos srautu, kaip ir tikėtasi, sparnai pradėjo kilti aukštyn. Tačiau strypeliai taip pat pradėjo judėti ir į šoną, t.y. statmenai sklindančios šviesos srautui. Tuo tarpu bandymą atlikus panašaus dydžio simetrinėmis sferomis, šio reiškinio nebuvo. 

Fotoninės keliamosios jėgos veikimo principas visgi skiriasi nuo aerodinaminės keliamosios jėgos. Lėktuvai sugeba skristi, kadangi po jų sparnais esantis oras juda lėčiau ir sudaro didesnį slėgį, nei viršuje greičiau judanti oro srovė. Tuo tarpu "fotoniniame sparne" keliamoji jėga sugeneruojama objekto viduje, per jį sklindant šviesai. Dėl išlenktos objekto formos šviesos spinduliai laužiami skirtingai, atsižvelgiant į tai, per kurią objekto dalį jie sklinda. Tuo pat metu pasikeičia spindulių jėgos momento kryptis.

Mokslininkai ateityje tikisi atlikti tokius pačius eksperimentus ne tik vandenyje, bet ir ore. Taip pat norima išbandyti skirtingas sparnų formas ir skirtingais lūžio rodikliais pasižyminčias medžiagas. Kol kas bandymuose buvo naudoti tik infraraudonieji spinduliai, tačiau autoriai įsitikinę, jog panašūs rezultatai turėtų gautis ir su kitomis šviesos rūšimis.

PUSHED ASIDE from Science News on Vimeo.