超声波悬浮的原理什么？
看到这个超声波悬浮泡沫球的视频，有几个问题。
1 怎么悬浮的？
2 这么多泡沫球怎么定位有规律？有趣的超声波悬浮实验视频
超声悬浮一般有两种原理，这里解释题目中图片所描述的超声悬浮。
这种超声悬浮是由驻波(standing wave)的声压节点(pressure node)造成的。有关驻波的详细解释，请google。图片中上方的圆柱型物体为超声换能器(ultrasonic transducer)，一般由压电材料产生超声频率的振动。图片下方的玻璃为反射板，没有反射的波和入射的波干涉，就没有驻波了。
形成驻波后，就产生了方向向上的声压和方向向下的声压，且呈正弦分布。方向向上的声压和方向向下的声压交错的地方为声压节点(pressure node)，也就是理论上声压为0的点。假设一个物体重力极小，那么在一个acoustic levitator中，只会受到两个方向不同的声压作用，且会停在上下声压相互平衡的点，也就是声压节点。如果重力不能忽略不计，那么物体会停在有一点方向向上声压的点，以此来达到力的平衡。这就是这种超声悬浮的原理。
另外图片中有好几个物体悬浮，是因为图中的acoustic levitator有多个声压节点。两个声压节点的距离为半波长。而波长的计算公式由大家所知，波长=声音在空气中传播速度/频率(换能器的振动频率）。
另一种原理不同的超声悬浮为near field acoustic levitation。在此不做过多介绍了。wiki的 acoustic levitaion条目
http://en.wikipedia.org/wiki/Acoustic_levitation
以及从它下边的索引中，解释较详细的一个
http://science.howstuffworks.com/acoustic-levitation2.htm
本质是由于非线性引起的，由声场中声压的直流分量引起。在普通的流体运动方程中只考虑了线性项，因而导得的声波方程是只有三角函数解的，即正弦或余弦波解，这样的话不存在直流分量，但是如果考虑非线性项，那么就会存在一个直流项，即在声传播方向存在一个声辐射力。如果考虑无旋流体，由欧拉方程与质量守恒方程，可以得到守恒形式的一个方程
再经历一系列数学运算后得到
式左是拉格朗日坐标下的时间平均声压，式右中诸变量是欧拉坐标下的声压/流体密度/质点速度，因此只要根据具体的声场空间分布计算出压力场与速度场就可算得目标处的声辐射力为
声辐射力来自于流体的动量变化率，而单位体积的流体动量变化率取决于流体的压力梯度，因此上式面积分可以改写为体积分
当然，当重力与其平衡时候，自然就悬浮起来了。至于第二个问题，那么就要取决于具体的声场特性了，假如考虑最简单的正弦波分布声场，若驻波速度声场如下
假设悬浮在流体中的刚性小球线度远小于波长，忽略其散射作用，产生辐射力如下
可知其实一个空间分布函数，matlab 画图演示如下
其中A点是稳定悬浮点，B是非稳定点。若考虑贝塞尔型二维超声场，那么得到如下一些有趣的声场势阱
看起来还挺可爱的。
超声悬浮技术是利用强驻波声场中的声辐射压力与悬浮物体的重力相平衡，从而使其稳定地悬浮在声场中或在声场中移动的技术。声悬浮装置包括一切能够产生一个稳定的强驻波声场的声学空间，包括一维、二维和三维声场以及气体和液体中的驻波声场。 文章来源：功率超声的应用行业--功率超声波学习网
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