Vědci řeší záhadu magnetické levitace nad rámec klasické fyziky

Vědci z Technické univerzity v Dánsku (DTU) potvrdili základní fyziku nově objeveného fenoménu levitace magnetů.

V roce 2021 publikoval vědec z Turecka článek popisující experiment, ve kterém byl k motoru připojen magnet, což způsobilo jeho rychlé otáčení. Když se toto nastavení přiblížilo k druhému magnetu, druhý magnet se začal otáčet a náhle se vznášel v pevné poloze několik centimetrů daleko.

Zatímco magnetická levitace není nic nového – snad nejznámějším příkladem jsou vlaky maglev, které se při vztlaku a pohonu spoléhají na silnou magnetickou sílu – experiment fyziky zmátl, protože tento jev nebyl popsán v klasické fyzice, nebo alespoň v žádné klasické fyzice. . Známý mechanismus magnetické levitace.

Magnetická levitace je demonstrována pomocí nástroje Dremel rotujícího magnet o frekvenci 266 Hz. Velikost rotačního magnetu je 7 x 7 x 7 mm 3 a plovoucího magnetu 6 x 6 x 6 mm 3. Toto video demonstruje fyziku popsanou v článku. Kredit: DTU.

Nicméně nyní je. Rasmus Björk, profesor na DTU Energy, byl Okkarovým experimentem fascinován a rozhodl se ho zopakovat se studentem magisterského studia Joachimem M. Hermansenem a zároveň zjistit, co se přesně děje. Replikace byla snadná a bylo možné ji provádět s běžnými součástmi, ale její fyzika byla zvláštní, říká Rasmus Björk:

„Magnety by se neměly vznášet, když jsou blízko u sebe. Obvykle se přitahují nebo odpuzují. Ale když roztočíte jeden z magnetů, ukáže se, že můžete dosáhnout této levitace. A to je ta zvláštní část. Síla na magnety by se nemělo měnit jen proto, že „otáčíte jedním z nich, takže se zdá, že existuje spojení mezi pohybem a magnetickou silou.“

Výsledky byly nedávno zveřejněny v časopise Přehled aplikované fyziky.

Několik experimentů k potvrzení fyziky

Experimenty zahrnovaly několik magnetů různých velikostí, ale princip zůstal stejný: velmi rychlým otáčením magnetu vědci pozorovali, jak se další magnet v okolí, nazývaný „plovoucí magnet“, začal otáčet stejnou rychlostí, zatímco se rychle přilepil k magnetu. pozici, kde zůstala.

Zjistili, že když je plovoucí magnet držen v poloze, je orientován blízko k ose rotace a směrem k pólu podobně jako rotující magnet. Takže například severní pól plovoucího magnetu, když se otáčí, stále směřuje k severnímu pólu pevného magnetu.

To se liší od toho, co by se očekávalo na základě zákonů statického magnetismu, které vysvětlují, jak funguje statický magnetický systém. Jak se však ukazuje, jsou to právě statické magnetické interakce mezi rotujícími magnety, které jsou zodpovědné za vytvoření rovnovážné polohy plováků, jak zjistil spoluautor a doktorand Frederick L. Dorhus pomocí simulace tohoto jevu. Pozorovali významný vliv velikosti magnetu na dynamiku visení: menší magnety vyžadují vyšší rotační rychlosti pro vztlak kvůli jejich větší setrvačnosti a tím vyšší létají.

„Ukázalo se, že plovoucí magnet se chce zarovnat s rotujícím magnetem, ale nemůže se otáčet dostatečně rychle, aby se to podařilo. Dokud bude toto spojení udržováno, bude se viset nebo levitovat,“ říká Rasmus Bjork.

„Můžete to přirovnat k káči. Postaví se pouze tehdy, když se točí, ale je fixován ve své poloze rotací. Teprve když rotace ztratí energii, gravitační síla – nebo v našem případě tlak a tah magnet – staň se dostatečně velkým, aby překonal rovnováhu.“

Reference: „Alternating Magnetic Levitation“ od Joachima Marka Hermansena, Frederika Laust-Dorhuse, Kathrin Frandsen, Marco Piligia, Christiana R. H. Bahla a Rasmuse Björka, 13. října 2023, Byla použita fyzická kontrola.
DOI: 10.1103/PhysRevApplied.20.044036