Vedci riešia záhadu magnetického vznášania nad rámec klasickej fyziky

Vedci z Technickej univerzity v Dánsku (DTU) potvrdili fyziku, ktorá je základom novoobjaveného fenoménu magnetickej levitácie.

V roku 2021 turecký vedec publikoval výskumnú prácu podrobne o experimente, kde bol k motoru pripevnený magnet, čo spôsobilo jeho rýchlejšie otáčanie. Keď sa toto nastavenie priblížilo k druhému magnetu, druhý magnet sa začal otáčať a zrazu sa začal vznášať v pevnej polohe vo vzdialenosti niekoľkých centimetrov.

Zatiaľ čo magnetická levitácia nie je žiadnou novinkou – najznámejším príkladom sú pravdepodobne vlaky maglev, ktoré sa pri zdvihu a pohone spoliehajú na silnú magnetickú silu – experiment zmiatol fyzikov, pretože tento jav nepopisuje klasická fyzika, alebo aspoň Less, nebol vykonaný. kýmkoľvek. Známy mechanizmus magnetickej levitácie.

Magnetická levitácia sa uskutočnila pomocou nástroja Dremel, ktorý otáčal magnet pri 266 Hz. Magnet rotora je 7x7x7 mm3 a magnet plaváka je 6x6x6 mm3. Toto video ukazuje fyziku opísanú vo výskume. Kredit: DTU.

Avšak teraz je. Rasmus Björk, profesor na DTU Energy, bol Ukarovým experimentom zaujatý a rozhodol sa ho zopakovať so študentom MSc Joachimom M. Hermansenom a zároveň zisťovať, čo sa vlastne deje. Rasmus Björk hovorí, že replika sa dala ľahko postaviť a dala sa vyrobiť s použitím bežne dostupných komponentov, ale jej fyzika bola zvláštna:

„Keď sú magnety blízko seba, nemali by sa vznášať. Zvyčajne sa budú navzájom priťahovať alebo odpudzovať. Ale ak pohnete jedným z magnetov, ukáže sa, že môžete dosiahnuť toto vznášanie. A to je tá zvláštna časť. Sila pôsobiaca na magnety by sa nemala meniť len preto, že jedným z nich otáčate, takže to vyzerá, že existuje spojenie medzi pohybom a magnetickou silou,“ hovorí.

Výsledky boli nedávno publikované v časopise prehľad aplikovanej fyziky,

Mnoho experimentov na potvrdenie fyziky

Experimenty zahŕňali viacero magnetov rôznych veľkostí, ale princíp zostal rovnaký: veľmi rýchlym otáčaním jedného magnetu výskumníci pozorovali, ako sa ďalší magnet v tesnej blízkosti, nazývaný „plavový magnet“, začal otáčať rovnakou rýchlosťou. rýchlo. Situácia, kedy sa vznášal.

Zistil, že keď sa plavákový magnet uzamkol v polohe, priblížil sa k osi otáčania a orientoval sa k rovnakému pólu ako magnet rotora. Takže napríklad severný pól plavákového magnetu, zatiaľ čo sa otáčal, naďalej ukazoval na severný pól pevného magnetu.

To sa líši od toho, čo by sa dalo očakávať na základe zákonov magnetostatiky, ktoré popisujú fungovanie stabilného magnetického systému. Ako sa však ukázalo, magnetostatická interakcia medzi rotujúcimi magnetmi je v skutočnosti zodpovedná za vytvorenie rovnovážnej polohy plaváka, ako uviedol spoluautor doktorandského štúdia Frederick L. Durhus to zistil pomocou simulácií javu. Pozoroval významný vplyv veľkosti magnetu na dynamiku levitácie: menšie magnety vyžadujú vyššiu rýchlosť otáčania na levitáciu kvôli väčšej zotrvačnosti a tým viac plávajú.

„Ukázalo sa, že plavákový magnet sa chce vyrovnať s rotujúcim magnetom, ale nemôže sa otáčať dostatočne rýchlo, aby to urobil. A bude sa vznášať alebo lietať tak dlho, kým toto spojenie vydrží,“ hovorí Rasmus Björk a pokračuje:

„Môžete to prirovnať ku kolovrátku. Nezostane stáť, pokiaľ sa nebude otáčať, ale jeho rotácia spôsobí, že sa zablokuje. Až keď rotácia stratí energiu, gravitačná sila – alebo v našom prípade tlak a ťah magnetov – sa stane dostatočne veľkou na to, aby prekonala rovnováhu.

Odkaz: „Magnetická levitácia rotáciou“ od Joachima Marca Hermansena, Frederika Lost Durhusa, Katherine Frandsen, Marca Bellagia, Christiana RH Bahla a Rasmusa Björka, 13. októbra 2023, fyzická kontrola implementovaná,
DOI: 10.1103/PhysRevApplied.20.044036