Vedci z Technickej univerzity v Dánsku (DTU) potvrdili základnú fyziku novoobjaveného javu levitácie magnetov.

V roku 2021 publikoval vedec z Turecka dokument podrobne o experimente, v ktorom bol k motoru pripevnený magnet, čo spôsobilo jeho rýchle otáčanie. Keď sa toto nastavenie priblížilo k druhému magnetu, druhý magnet sa začal otáčať a zrazu sa vznášal v pevnej polohe o niekoľko centimetrov ďalej.

Zatiaľ čo magnetická levitácia nie je žiadnou novinkou – možno najznámejším príkladom sú vlaky maglev, ktoré sa spoliehajú na silnú magnetickú silu pre zdvih a pohon – experiment fyzikov zmiatol, pretože tento jav nebol opísaný v klasickej fyzike, alebo aspoň v žiadnej klasickej fyzike. . Známy mechanizmus magnetickej levitácie.

Magnetická levitácia je demonštrovaná pomocou nástroja Dremel, ktorý otáča magnetom pri frekvencii 266 Hz. Veľkosť otočného magnetu je 7 x 7 x 7 mm 3 a plávajúceho magnetu 6 x 6 x 6 mm 3. Toto video demonštruje fyziku opísanú v článku. Kredit: DTU.

Avšak teraz je. Rasmus Björk, profesor na DTU Energy, bol Okkarovým experimentom fascinovaný a rozhodol sa ho zopakovať so študentom magisterského štúdia Joachimom M. Hermansenom a zároveň zistiť, čo sa presne deje. Replikácia bola jednoduchá a dala sa robiť s bežne dostupnými komponentmi, ale jej fyzika bola zvláštna, hovorí Rasmus Björk:

„Magnety by sa nemali vznášať, keď sú blízko seba. Zvyčajne sa priťahujú alebo odpudzujú. Ale ak roztočíte jeden z magnetov, ukáže sa, že môžete dosiahnuť túto levitáciu. A to je tá zvláštna časť. Sila na magnety by sa nemalo meniť len preto, že „otočíte jedným z nich, takže sa zdá, že existuje spojenie medzi pohybom a magnetickou silou.“

Výsledky boli nedávno publikované v časopise Prehľad aplikovanej fyziky.

Niekoľko experimentov na potvrdenie fyziky

Experimenty zahŕňali niekoľko magnetov rôznych veľkostí, ale princíp zostal rovnaký: veľmi rýchlym otáčaním magnetu vedci pozorovali, ako sa ďalší magnet v blízkosti, nazývaný „plávajúci magnet“, začal otáčať rovnakou rýchlosťou, pričom sa rýchlo prilepil na magnet. poloha, kde zostalo.Vírenie.

Zistili, že keď je plávajúci magnet držaný v polohe, je orientovaný blízko osi rotácie a smerom k pólu podobne ako rotujúci magnet. Takže napríklad severný pól plávajúceho magnetu, keď sa otáča, stále smeruje k severnému pólu pevného magnetu.

To sa líši od toho, čo by sa dalo očakávať na základe zákonov statického magnetizmu, ktoré vysvetľujú, ako funguje statický magnetický systém. Ako sa však ukazuje, sú to práve statické magnetické interakcie medzi rotujúcimi magnetmi, ktoré sú zodpovedné za vytvorenie rovnovážnej polohy plavákov, ako zistil spoluautor a doktorand Frederick L. Dorhus pomocou simulácie tohto javu. Pozorovali významný vplyv veľkosti magnetu na dynamiku vznášania: menšie magnety vyžadujú vyššie rotačné rýchlosti na zdvih kvôli ich väčšej zotrvačnosti a tým vyššie lietajú.

„Ukázalo sa, že plávajúci magnet sa chce zosúladiť s rotujúcim magnetom, ale nemôže sa otáčať dostatočne rýchlo, aby sa to podarilo. Pokiaľ bude toto spojenie zachované, bude sa vznášať alebo levitovať,“ hovorí Rasmus Bjork.

„Môžete to prirovnať ku kolovrátku. Postaví sa iba vtedy, keď sa točí, ale je fixovaný v polohe rotáciou. Až keď rotácia stratí energiu, gravitačná sila – alebo v našom prípade tlačenie a ťahanie magnet – stať sa dostatočne veľkým, aby prekonal rovnováhu.“

Odkaz: „Striedavá magnetická levitácia“ od Joachima Marka Hermansena, Frederika Laust-Dorhusa, Kathrin Frandsen, Marca Piligiu, Christiana R. H. Bahla a Rasmusa Björka, 13. októbra 2023, Bola použitá fyzická kontrola.
DOI: 10.1103/PhysRevApplied.20.044036