浮遊（物理学）

浮揚（ラテン語の levitas、文字通り「軽さ」に由来）^[1]は、物体を物理的な接触による機械的なサポートなしに安定した位置に保持するプロセスです。  

浮揚は、重力の引力に対抗する上向きの力（地球上の重力に対する）と、物体がホームポジションから少し離れるたびにホームポジションに向かって押し出す小さな安定化力を加えることで実現されます。この力は、磁気力や静電気力などの基本的な力の場合もあれば、光学力、浮力、空気力、流体力などの反作用力の場合もあります。^[要出典] 浮揚では、液体が直接機械的支持を提供するため、液体の表面での浮遊は除外されます。昆虫、ハチドリ、ヘリコプター、ロケット、風船によるホバリング飛行は、物体自体が反重力力を提供するため、浮揚では除外されます。^[要出典]

浮上（地球または任意の小惑星上）には、物体の重量を打ち消す上向きの力が必要です。これにより、物体は落下（下向きの加速）または上昇（上向きの加速）しません。位置の安定性のためには、浮上している物体の小さな変位は、反対方向の力の小さな変化をもたらさなければなりません。 ^{[要出典]力の小さな変化は、勾配場または能動的な制御によって実現できます。物体が乱されると、最終位置の周りで振動する可能性がありますが、}減衰効果により、その動きは最終的にゼロになります。（乱流では、物体は無限に振動する可能性があります。）^[要出典]

浮遊技術は物理学の研究に有用なツールです。例えば、浮遊法は容器との反応の問題を排除し、溶融物の深い過冷却を可能にするため、高温溶融物の特性研究に役立ちます。実験全体を自由落下させる代わりに、浮遊力で重力に対抗することで、容器のない状態を実現できます。^[2]

磁気浮上は、最も一般的に見られ、最もよく使用される浮上形式です。この形式の浮上は、物体が磁場を使用して吊り下げられるときに発生します。

反磁性材料は、デモンストレーションの目的でよく使用されます。この場合、戻り力は遮蔽電流との相互作用から生じます。たとえば、完全な反磁性体または理想的に硬い超伝導体のいずれかとして考えることができる超伝導サンプルは、周囲の外部磁場内で簡単に浮上します。超伝導体は液体窒素で冷却され、超反磁性体になる磁石の上に浮上します。反磁性浮上を利用する強力な磁場では、生きた小さな動物でさえ浮上しています。

パイロリティックグラファイトの薄い正方形を、北極が一方の対角線を形成し、南極がもう一方の対角線を形成する4つの立方体磁石の上に置くことで、パイロリティックグラファイトを浮上させることができます。^[3]研究者は、常磁性流体に囲まれた（非磁性の）液滴を浮上させることにも成功しています。^[4]このような逆磁気浮上のプロセスは、通常、磁気アルキメデス効果と呼ばれます。

磁気浮上は輸送システムへの利用に向けて開発が進められています。たとえば、磁気浮上式鉄道には多数の磁石で浮上する列車が含まれます。ガイド レールの摩擦がないため、車輪付きの大量輸送システムよりも高速で、静かで、スムーズです。

電気力学的サスペンションは交流磁場を使用します。

静電浮遊では、電界を利用して重力に対抗します。クモの中には、地球の電界に乗るために空中に糸を飛ばすものもいます。

空気力学的浮揚では、物体が生成するか物体に作用するガス流に物体を浮かせることで浮揚が実現します。たとえば、ピンポン玉は、掃除機の「吹き出し」モードの空気流で浮揚できます。これは、空気流の中でボールを安定させるコアンダ効果を利用するものです。十分な推力があれば、この方法を使用して非常に大きな物体を浮揚させることができます。

この技術は、多孔質膜を通るガスの流れによって形成された薄いガス膜上に物体を浮かせることで、重力に逆らって物体を浮遊させることを可能にする。この技術を使用すると、高温の溶融物を汚染から守り、過冷却状態にすることができる。^[2] 一般的な使用例としては、薄い空気の層でパックを浮かせる エアホッケーが挙げられる。ホバークラフトもこの技術を使用しており、その下に高圧の空気の大きな領域を作り出している。

音響浮上は音波を利用して浮上力を生み出します。

光浮上は、光子の 運動量移動（放射圧） から生じる上向きの力によって、物質を重力の下向きの力に逆らって浮上させる技術です。

高圧のガスは、一部の固体を超える密度を持つことがあります。そのため、浮力を利用して固体を浮かせることができます。^[5] 非反応性の希ガスが好まれます。キセノンは、5.894g/Lで最も密度の高い非放射性希ガスです。キセノンは、154気圧の圧力で ポリエチレンを浮かせるために使用されています。

科学者たちは、量子場理論によって予測される力によって物体同士をくっつけるカシミール力を操作することで、極小物体を浮遊させる方法を発見した。しかし、これは微小物体にしか不可能である。^{[6] [7]}

磁気浮上は、線路に触れずに列車を浮かせるために使用されます。これにより、非常に高速で走行でき、摩耗がほとんど発生しないため、線路と車両のメンテナンスの必要性が大幅に軽減されます。また、摩擦がないため、作用する力は空気抵抗のみです。

科学者たちは、超伝導体を利用した強力な電磁石でカエル、 ^[8]バッタ、ネズミを浮遊させ、体内の水分に反磁性の反発力を生み出した。ネズミは最初は混乱した様子だったが、約4時間後には浮遊に順応し、すぐに悪影響は出なかった。^{[9] [10]}

• Charles P. Strehlow 、 MC Sullivan (2008)。「教室での浮遊のデモンストレーション...」。American Journal of Physics。77 ( 9): 847–851。arXiv : 0803.3090。doi : 10.1119 /1.3095809。S2CID 119108808  。。

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