A tudósok megfejtik a mágneses levitáció rejtélyét a klasszikus fizikán túl

A Dán Műszaki Egyetem (DTU) tudósai megerősítették az újonnan felfedezett mágneses levitációs jelenség alapvető fizikáját.

2021-ben egy törökországi tudós publikált egy tanulmányt, amely egy olyan kísérletet részletezett, amelyben mágnest rögzítettek egy motorhoz, aminek hatására az gyorsan forog. Amikor ezt a beállítást egy második mágnes közelébe hozták, a második mágnes forogni kezdett, és hirtelen rögzített helyzetben lebegett néhány centiméterrel arrébb.

Míg a mágneses levitáció nem újdonság – talán a leghíresebb példa a maglev vonatok, amelyek erős mágneses erőre támaszkodnak az emeléshez és a meghajtáshoz –, a kísérlet zavarba ejtette a fizikusokat, mert a jelenséget nem írták le a klasszikus fizikában, vagy legalábbis egyetlen klasszikus fizikában sem. . A mágneses levitáció ismert mechanizmusa.

A mágneses levitációt egy Dremel szerszámmal mutatják be, amely mágnest forgat 266 Hz-es frekvencián. A forgó mágnes mérete 7 x 7 x 7 mm3, a lebegő mágnesé pedig 6 x 6 x 6 mm3 Ez a videó a cikkben leírt fizikát mutatja be. Kredit: DTU.

Most azonban az. Rasmus Björk, a DTU Energy professzora lenyűgözte Okkar kísérletét, és nekilátott, hogy megismételje azt Joachim M. Hermansen mesterszakos hallgatóval, miközben kiderítette, mi is történik pontosan. A replikáció egyszerű volt, és kész alkatrészekkel is elvégezhető, de a fizikája furcsa volt, mondja Rasmus Björk:

„A mágneseknek nem szabad lebegniük, ha közel vannak egymáshoz. Általában vonzzák vagy taszítják egymást. De ha megpörgeted az egyik mágnest, kiderül, hogy elérheted ezt a levitációt. És ez a furcsa rész. A mágnesekre ható erő nem szabadna megváltoznia csak azért, mert „Elforgatod az egyiket, tehát úgy tűnik, hogy kapcsolat van a mozgás és a mágneses erő között.”

Az eredmények a közelmúltban jelentek meg a folyóiratban Alkalmazott fizika szemle.

Számos kísérlet a fizika megerősítésére

A kísérletek során több különböző méretű mágnest használtak, de az elv ugyanaz maradt: egy mágnest nagyon gyorsan elforgatva a kutatók megfigyelték, hogy a közelben lévő másik mágnes, az úgynevezett „lebegő mágnes” elkezdett ugyanolyan sebességgel forogni, miközben gyorsan hozzátapadt egy mágneshez. ott, ahol maradt.

Azt találták, hogy ha a lebegő mágnest a helyén tartják, akkor a forgástengelyhez közel és a forgó mágneshez hasonlóan a pólus felé orientálódik. Így például az úszó mágnes északi pólusa forgás közben folyamatosan a rögzített mágnes északi pólusa felé mutat.

Ez eltér attól, amit a statikus mágnesesség törvényei alapján elvárnánk, amelyek megmagyarázzák a statikus mágneses rendszer működését. Azonban, mint kiderült, pontosan a forgó mágnesek közötti statikus mágneses kölcsönhatások felelősek az úszók egyensúlyi helyzetének megteremtéséért, ahogy azt Frederick L. társszerző és doktorandusz megállapította. Dorhus ennek a jelenségnek a szimulációjával. Megfigyelték a mágnes méretének jelentős hatását a lebegési dinamikára: a kisebb mágnesek nagyobb tehetetlenségük és magasabb repülésük miatt nagyobb forgási sebességet igényelnek az emeléshez.

„Kiderült, hogy a lebegő mágnes egy vonalba akar kerülni a forgó mágnessel, de nem tud elég gyorsan forogni ahhoz. Amíg ez a csatolás megmarad, lebeg vagy lebeg” – mondja Rasmus Bjork.

„Összehasonlíthatod egy forgólappal. Csak akkor áll fel, ha forog, de a forgása rögzíti a helyén. Csak akkor hat a gravitációs erő – vagy esetünkben a toló- és húzóerő –, ha a forgás energiát veszít. mágnes – elég nagy lesz ahhoz, hogy legyőzze az egyensúlyt.”

Hivatkozás: Joachim Marko Hermansen, Frederik Laust-Dorhus, Kathrin Frandsen, Marco Piligia, Christian R. H. Bahl és Rasmus Björk „Változó mágneses levitáció”, 2023. október 13. Fizikai felülvizsgálatot alkalmaztunk.
DOI: 10.1103/PhysRevApplied.20.044036