Oamenii de știință rezolvă misterul levitației magnetice dincolo de fizica clasică

În 2021, omul de știință turc Hamdi Ucar a descoperit o nouă formă de levitație magnetică, în care un magnet care se rotește rapid face ca un magnet din apropiere să leviteze. Acest fenomen, care a sfidat fizica clasică, a fost replicat și studiat de profesorul Rasmus Björk și echipa sa. Ei au descoperit că magnetul care se ridică se aliniază cu magnetul rotativ, creând un echilibru similar cu un vârf rotativ. Credit: SciTechDaily.com

Oamenii de știință de la Universitatea Tehnică din Danemarca (DTU) au confirmat fizica de bază a fenomenului de levitație magnetică recent descoperit.

În 2021, un om de știință din Turcia a publicat o lucrare care detaliază un experiment în care un magnet a fost atașat la un motor, făcându-l să se rotească rapid. Când această configurație a fost adusă aproape de un al doilea magnet, al doilea magnet a început să se rotească și a plutit brusc într-o poziție fixă ​​la câțiva centimetri distanță.

În timp ce levitația magnetică nu este nimic nou – poate cel mai faimos exemplu sunt trenurile maglev care se bazează pe o forță magnetică puternică pentru ridicare și propulsie – experimentul i-a nedumerit pe fizicieni, deoarece fenomenul nu a fost descris în fizica clasică, sau cel puțin în nicio fizică clasică. . Mecanism cunoscut de levitație magnetică.

Levitația magnetică este demonstrată folosind un instrument Dremel care rotește un magnet la o frecvență de 266 Hz. Dimensiunea magnetului rotativ este de 7 x 7 x 7 mm3, iar magnetul plutitor este de 6 x 6 x 6 mm3. Acest videoclip demonstrează fizica descrisă în lucrare. Credit: DTU.

Cu toate acestea, este acum. Rasmus Björk, profesor la DTU Energy, a fost fascinat de experimentul lui Okkar și și-a propus să îl reproducă împreună cu studentul de masterat Joachim M. Hermansen, în timp ce a aflat exact ce se întâmplă. Replicarea a fost ușoară și putea fi făcută cu componente disponibile, dar fizica sa era ciudată, spune Rasmus Björk:

„Magneții nu ar trebui să plutească când sunt apropiați. De obicei, se atrag sau se resping unul pe altul. Dar dacă rotiți unul dintre magneți, se dovedește că puteți obține această levitație. Și asta este partea ciudată. Forța asupra magneților nu ar trebui să se schimbe doar pentru că „Rotiți unul dintre ele, așa că pare să existe o cuplare între mișcare și forța magnetică”.

Rezultatele au fost publicate recent în jurnal Revizuirea fizicii aplicate.

Mai multe experimente pentru a confirma fizica

Experimentele au implicat mai mulți magneți de dimensiuni diferite, dar principiul a rămas același: prin rotirea unui magnet foarte rapid, cercetătorii au observat cum un alt magnet din apropiere, numit „magnet plutitor”, a început să se rotească cu aceeași viteză în timp ce se lipește rapid de un poziţia în care a rămas.volburându-se.

Ei au descoperit că atunci când magnetul plutitor este ținut în poziție, acesta este orientat aproape de axa de rotație și spre pol similar cu magnetul rotativ. Deci, de exemplu, polul nord al magnetului plutitor, pe măsură ce se rotește, continuă să îndrepte spre polul nord al magnetului fix.

Acest lucru este diferit de ceea ce ar fi de așteptat pe baza legilor magnetismului static, care explică modul în care funcționează un sistem magnetic static. Cu toate acestea, după cum se dovedește, tocmai interacțiunile magnetice statice dintre magneții rotativi sunt responsabile pentru crearea poziției de echilibru a flotoarelor, așa cum a constatat coautorul și doctorandul Frederick L. Dorhus folosind o simulare a acestui fenomen. Ei au observat un efect semnificativ al mărimii magnetului asupra dinamicii hoverului: magneții mai mici necesită viteze de rotație mai mari pentru ridicare datorită inerției lor mai mari și cu cât zboară mai sus.

„Se pare că magnetul plutitor vrea să se alinieze cu magnetul care se rotește, dar nu se poate învârti suficient de repede pentru a face acest lucru. Atâta timp cât acest cuplaj este menținut, va pluti sau va levita”, spune Rasmus Bjork.

„O poți compara cu o blat de rotire. Se va ridica doar dacă se învârte, dar este fixată în poziție prin rotație. Numai când rotația își pierde energie forța gravitației – sau în cazul nostru împingerea și tracțiunea unui magnet – deveniți suficient de mare pentru a depăși echilibrul.”

Referință: „Alternating Magnetic Levitation” de Joachim Marko Hermansen, Frederik Laust-Dorhus, Kathrin Frandsen, Marco Piligia, Christian R.H. Bahl și Rasmus Björk, 13 octombrie 2023, S-a aplicat revizuirea fizică.
DOI: 10.1103/PhysRevApplied.20.044036