محاسبات، از دو نیروی قبلا ناشناخته که روی ذرات غیرکروی در یک میدان صوتی اثر می کنند پرده برداری کرده است.

استفاده از امواج صوتی برای معلق ساختن ذرات و ریز قطره ها به مدت حداقل یک قرن به طور تجربی و نظری مورد مطالعه قرار گرفته است. اکنون میهائیل پتروف Mihail Petrov و همکارانش از دانشگاه ITMO روسیه بخش جدیدی بر این پیشینه طولانی افزوده اند. این نظریه پردازان یک نیروی جدید ملقب به نیروی پس زنی جانبی (lateral recoil) را شناسایی کرده اند که ذرات غیر کروی در میدان موج تخت صوتی تجربه می کنند .[1] پژوهشگران دریافتند که این نیرو اصولا می­ تواند برای تفکیک گلبول های قرمز خون که به شکل دیسک های دو سو مقعر (biconcave) هستند از گلبول های سفید خون که تقریبا کروی شکل می باشند، مورد استفاده قرار بگیرد.

نقطه آغاز کار پتروف و همکارانش نظریه ای در سال 1961 بود که نیروی وارد بر یک ذره کروی کوچک در معرض امواج صوتی فرودی را تعیین می کرد. برای تعمیم دادن این نظریه به ذرات غیر کروی به ویژه بیضی وارها، آنها جملات با مرتبه بالاتر را در نظر گرفته و تکانه خطی و زاویه ای صوتی را در امواج فرودی و پراکنده محاسبه کردند. تحلیل آنها وجود نیروی پس زنی جانبی را آشکار کرد که وقتی یک ذره در زاویه ای خاص نسبت به امواج صوتی کج باشد عمل می کند و همچنین گشتاوری وجود دارد که ذره را می چرخاند. تحت شرایط خاص، گشتاور صفر است و یک ذره بیضی وار از چرخش باز ایستاده و به طور پایدار بالا می رود- یعنی از پهلو به آهستگی در میدان صوتی حرکت می کند.

پژوهشگران کار خود را ادامه دادند تا از نظریه خود برای بررسی این استفاده کنند که آیا امواج صوتی ای که روی ترکیبی از گلبول های قرمز و سفید خون با شارش آرام می خورند، می توانند این دو نوع گلبول را تفکیک کنند یا خیر. نتایج نشان داد که در فرکانس حدود 230 مگاهرتز، بالا رفتن (lift) صوتی پایدار به اندازه کافی قوی هست که با اطمینان گلبول های قرمز خون را به کناره ها هدایت کرده، ولی گلبول های سفید خون را بدون انحراف باقی بگذارد.

1. M. Smagin et al., “Acoustic lateral recoil force and stable lift of anisotropic particles,” Phys. Rev. Appl. 22, 064041 (2024).

منبع:

Newly Discovered Acoustic Forces

ترجمه خبر: بهناز ساربانها