Учені розкрили таємницю магнітного зависання

Вчені з Технічного університету Данії (DTU) підтвердили фізику, що лежить в основі нещодавно відкритого явища магнітної левітації. У 2021 році вчений з Туреччини опублікував дослідницьку статтю, в якій докладно описано експеримент, у якому магніт був прикріплений до двигуна, що змушує 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 – найвідомішим прикладом є, ймовірно, поїзди Maglev, які покладаються на сильну магнітну силу для підйому та руху – експеримент спантеличив фізиків, оскільки це явище не було описане класичною фізикою або принаймні жодною з них. відомий механізм магнітної левітації.

Зараз, однак. Расмус Бьорк, професор DTU Energy, був заінтригований експериментом Ucar і вирішив відтворити його разом зі студентом магістратури Йоахімом М. Германсеном, з’ясувавши, що саме відбувається. Реплікація була легкою, і її можна було зробити за допомогою готових компонентів, але фізика цього була дивною, каже Расмус Бьорк:

«Магніти не повинні зависати, коли вони близько один до одного. Зазвичай вони або притягують, або відштовхують один одного. Але якщо покрутити один з магнітів, виявляється, можна домогтися цього зависання. І це найдивніше. Сила, що впливає на магніти, не повинна змінюватися лише через те, що ви обертаєте один із них, тому здається, що існує зв’язок між рухом і магнітною силою», – каже він. Результати нещодавно були опубліковані в журналі  Physics Review Applied.

Кілька експериментів на підтвердження фізики

Експерименти включали кілька магнітів різного розміру, але принцип залишився незмінним: обертаючи магніт дуже швидко, дослідники спостерігали, як інший магніт у безпосередній близькості, який називають «плавучими магнітами», починає обертатися з тією ж швидкістю, швидко замикаючись у положення, де він залишився зависати.

Вони виявили, що коли поплавковий магніт зафіксувався в положенні, він був орієнтований близько до осі обертання та до подібного полюса магніту ротора. Так, наприклад, північний полюс плаваючого магніту, коли він обертався, залишався спрямованим до північного полюса нерухомого магніту.

Це відрізняється від того, що очікувалося на основі законів магнітостатики, які пояснюють, як функціонує статична магнітна система. Однак, як виявилося, магнітостатична взаємодія між обертовими магнітами є саме тим, що відповідає за створення рівноважного положення поплавця, як виявив співавтор, аспірант Фредерік Л. Дурхуус, використовуючи моделювання цього явища. Вони спостерігали значний вплив розміру магніту на динаміку левітації: менші магніти вимагали вищої швидкості обертання для левітації через їхню більшу інерцію та чим вище вони могли плавати.

«Виявляється, що плаваючий магніт хоче вирівнятися з магнітом, що обертається, але він не може обертатися достатньо швидко, щоб це зробити. І поки цей зв’язок зберігається, він буде парити або левітувати», – каже Расмус Бьорк і продовжує:

«Це можна порівняти з дзиґою. Він не буде стояти, якщо він не обертається, але зафіксований у положенні своїм обертанням. Лише тоді, коли обертання втрачає енергію, сила тяжіння – або, у нашому випадку, поштовх і тяга магнітів – стає достатньо великою, щоб подолати рівновагу». Джерело