Вчені розгадують таємницю магнітної левітації за межами класичної фізики

Вчені з Технічного університету Данії (DTU) підтвердили основну фізику нещодавно відкритого явища магнітної левітації.

У 2021 році вчений з Туреччини опублікував статтю, в якій описував експеримент, під час якого до двигуна прикріплювали магніт, який змушував його швидко обертатися. Коли цю установку наблизили до другого магніту, другий магніт почав обертатися й раптово завис у фіксованому положенні на відстані кількох сантиметрів.

Хоча магнітна левітація не є чимось новим — мабуть, найвідомішим прикладом є потяги на магнітній подушці, які покладаються на сильну магнітну силу для підйому та руху — експеримент спантеличив фізиків, оскільки це явище не було описано в класичній фізиці або, принаймні, в будь-якій класичній фізиці. . Відомий механізм магнітної левітації.

Магнітна левітація демонструється за допомогою інструменту Dremel, який обертає магніт із частотою 266 Гц. Розмір обертового магніту становить 7 x 7 x 7 мм3, а плаваючого магніту — 6 x 6 x 6 мм3. Це відео демонструє фізику, описану в статті. Авторство: DTU.

Однак це зараз. Расмус Бьорк, професор DTU Energy, був зачарований експериментом Оккара і вирішив повторити його разом із студентом магістратури Йоахімом М. Германсеном, з’ясовуючи, що саме відбувається. Реплікація була легкою, і її можна було зробити за допомогою готових компонентів, але її фізика була дивною, каже Расмус Бьорк:

“Магніти не повинні зависати, коли вони знаходяться близько один до одного. Зазвичай вони притягують або відштовхують один одного. Але якщо ви обертаєте один із магнітів, виявляється, що ви можете досягти цієї левітації. І це дивна частина. Сила, що діє на магніти не має змінюватися лише тому, що «Ви обертаєте один із них, тож здається, що існує зв’язок між рухом і магнітною силою».

Результати нещодавно були опубліковані в журналі Огляд прикладної фізики.

Кілька експериментів на підтвердження фізики

Експерименти включали кілька магнітів різного розміру, але принцип залишився незмінним: дуже швидко обертаючи магніт, дослідники спостерігали, як інший магніт поблизу, званий «плаваючим магнітом», починає обертатися з такою ж швидкістю, швидко прилипаючи до положенні, де він залишився.

Вони виявили, що коли плаваючий магніт утримується на місці, він орієнтований близько до осі обертання та до полюса, подібно до обертового магніту. Так, наприклад, північний полюс плаваючого магніту, коли він обертається, продовжує вказувати на північний полюс нерухомого магніту.

Це відрізняється від того, що можна було б очікувати на основі законів статичного магнетизму, які пояснюють, як працює статична магнітна система. Однак, як виявилося, саме статична магнітна взаємодія між обертовими магнітами відповідає за створення рівноважного положення поплавців, як виявив співавтор і докторант Фредерік Л. Дорхус використовує симуляцію цього явища. Вони помітили значний вплив розміру магніту на динаміку висіння: менші магніти вимагають вищих обертів для підйому через їх більшу інерцію та чим вище вони літають.

“Виявилося, що плаваючий магніт хоче вирівнятися з магнітом, що обертається, але він не може обертатися достатньо швидко, щоб це зробити. Поки цей зв'язок підтримується, він буде парити або левітувати”, – говорить Расмус Бйорк.

“Це можна порівняти з дзигою. Він буде стояти, лише якщо він обертається, але фіксується в положенні своїм обертанням. Лише тоді, коли обертання втрачає енергію, діє сила тяжіння – або, у нашому випадку, поштовх і тяга магніт – стати достатньо великим, щоб подолати рівновагу».

Довідка: «Змінна магнітна левітація» Йоахіма Марко Германсена, Фредеріка Лауста-Дорхуса, Катрін Франдсен, Марко Пілігіа, Крістіана Р. Х. Бала та Расмуса Бьорка, 13 жовтня 2023 р. Був застосований фізикальний огляд.
DOI: 10.1103/PhysRevApplied.20.044036