Учените решават мистерията на магнитната левитация отвъд класическата физика

Учени от Техническия университет на Дания (DTU) потвърдиха основната физика на новооткрития феномен на магнитна левитация.

През 2021 г. учен от Турция публикува статия, описваща експеримент, при който магнит е прикрепен към мотор, карайки го да се върти бързо. Когато тази настройка беше доближена до втори магнит, вторият магнит започна да се върти и внезапно се задържа във фиксирана позиция на няколко сантиметра.

Докато магнитната левитация не е нищо ново – може би най-известният пример са влаковете maglev, които разчитат на силна магнитна сила за повдигане и задвижване – експериментът озадачи физиците, тъй като феноменът не е описан в класическата физика или поне в която и да е класическа физика . Известен механизъм на магнитна левитация.

Магнитната левитация се демонстрира с помощта на инструмент Dremel, въртящ магнит с честота от 266 Hz. Размерът на въртящия се магнит е 7 x 7 x 7 mm3, а на плаващия магнит е 6 x 6 x 6 mm3. Това видео демонстрира физиката, описана в статията. Кредит: DTU.

Сега обаче е така. Rasmus Björk, професор в DTU Energy, беше очарован от експеримента на Okkar и се зае да го повтори с магистърския студент Joachim M. Hermansen, докато разбере какво точно се случва. Репликацията беше лесна и можеше да се направи с готови компоненти, но нейната физика беше странна, казва Расмус Бьорк:

„Магнитите не трябва да се реят, когато са близо един до друг. Обикновено те се привличат или отблъскват. Но ако завъртите един от магнитите, се оказва, че можете да постигнете тази левитация. И това е странната част. Силата върху магнитите не трябва да се променя само защото „Вие завъртате един от тях, така че изглежда има връзка между движението и магнитната сила.“

Резултатите бяха публикувани наскоро в списанието Преглед на приложната физика.

Няколко експеримента за потвърждаване на физиката

Експериментите включват няколко магнита с различни размери, но принципът остава същият: чрез въртене на магнит много бързо, изследователите наблюдават как друг магнит наблизо, наречен „плаващ магнит“, започва да се върти със същата скорост, докато бързо се придържа към позиция, в която е останал.

Те откриха, че когато плаващият магнит се задържи в позиция, той е ориентиран близо до оста на въртене и към полюса, подобно на въртящия се магнит. Така, например, северният полюс на плаващия магнит, докато се върти, продължава да сочи към северния полюс на фиксирания магнит.

Това е различно от това, което би се очаквало въз основа на законите на статичния магнетизъм, които обясняват как работи статичната магнитна система. Въпреки това, както се оказва, точно статичните магнитни взаимодействия между въртящите се магнити са отговорни за създаването на равновесното положение на поплавъците, както е установено от съавтор и докторант Фредерик Л. Dorhus използва симулация на това явление. Те наблюдават значителен ефект от размера на магнита върху динамиката на висене: по-малките магнити изискват по-високи скорости на въртене за повдигане поради по-голямата им инерция и колкото по-високо летят.

„Оказва се, че плаващият магнит иска да се изравни с въртящия се магнит, но не може да се върти достатъчно бързо, за да го направи. Докато това свързване се поддържа, той ще кръжи или левитира“, казва Расмус Бьорк.

„Можете да го сравните с въртящ се връх. Той ще се изправи само ако се върти, но е фиксиран в позиция чрез въртенето си. Само когато въртенето губи енергия, силата на гравитацията – или в нашия случай бутането и издърпването на магнит – стане достатъчно голям, за да преодолее равновесието.“

Справка: „Променлива магнитна левитация“ от Йоахим Марко Хермансен, Фредерик Лауст-Дорхус, Катрин Франдсен, Марко Пилигия, Кристиан Р. Х. Бал и Расмус Бьорк, 13 октомври 2023 г., Приложен е физически преглед.
DOI: 10.1103/PhysRevApplied.20.044036