Το 2021, ο Τούρκος επιστήμονας Hamdi Ucar ανακάλυψε μια νέα μορφή μαγνητικής αιώρησης, στην οποία ένας ταχέως περιστρεφόμενος μαγνήτης αναγκάζει έναν κοντινό μαγνήτη να αιωρείται. Αυτό το φαινόμενο, που αψηφούσε την κλασική φυσική, αναπαράχθηκε και μελετήθηκε από τον καθηγητή Rasmus Björk και την ομάδα του. Βρήκαν ότι ο ανερχόμενος μαγνήτης ευθυγραμμίζεται με τον περιστρεφόμενο μαγνήτη, δημιουργώντας μια ισορροπία παρόμοια με μια περιστρεφόμενη κορυφή. Πίστωση: SciTechDaily.com
Επιστήμονες από το Τεχνικό Πανεπιστήμιο της Δανίας (DTU) επιβεβαίωσαν τη βασική φυσική του φαινομένου της αιώρησης του μαγνήτη που ανακαλύφθηκε πρόσφατα.
Το 2021, ένας επιστήμονας από την Τουρκία δημοσίευσε ένα έγγραφο που περιγράφει λεπτομερώς ένα πείραμα στο οποίο ένας μαγνήτης ήταν συνδεδεμένος σε έναν κινητήρα, προκαλώντας το να περιστρέφεται γρήγορα. Όταν αυτή η διάταξη έφτασε κοντά σε έναν δεύτερο μαγνήτη, ο δεύτερος μαγνήτης άρχισε να περιστρέφεται και ξαφνικά αιωρήθηκε σε μια σταθερή θέση λίγα εκατοστά μακριά.
Ενώ η μαγνητική αιώρηση δεν είναι κάτι καινούργιο – ίσως το πιο διάσημο παράδειγμα είναι τα τρένα maglev που βασίζονται σε μια ισχυρή μαγνητική δύναμη για ανύψωση και πρόωση – το πείραμα έχει προβληματίσει τους φυσικούς επειδή το φαινόμενο δεν έχει περιγραφεί στην κλασική φυσική ή τουλάχιστον σε καμία κλασική φυσική . Γνωστός μηχανισμός μαγνητικής αιώρησης.
Η μαγνητική αιώρηση αποδεικνύεται χρησιμοποιώντας ένα εργαλείο Dremel που περιστρέφει έναν μαγνήτη σε συχνότητα 266 Hz. Το μέγεθος του περιστρεφόμενου μαγνήτη είναι 7 x 7 x 7 mm3 και ο πλωτός μαγνήτης είναι 6 x 6 x 6 mm3. Αυτό το βίντεο δείχνει τη φυσική που περιγράφεται στο έγγραφο. Πίστωση: DTU.
Ωστόσο, είναι τώρα. Ο Rasmus Björk, καθηγητής στο DTU Energy, γοητεύτηκε από το πείραμα του Okkar και αποφάσισε να το επαναλάβει με τον μαθητή του μεταπτυχιακού Joachim M. Hermansen, ενώ ανακάλυψε τι ακριβώς συνέβαινε. Η αναπαραγωγή ήταν εύκολη και μπορούσε να γίνει με εξαρτήματα εκτός ραφιού, αλλά η φυσική του ήταν περίεργη, λέει ο Rasmus Björk:
“Οι μαγνήτες δεν πρέπει να αιωρούνται όταν είναι κοντά μεταξύ τους. Συνήθως έλκονται ή απωθούνται μεταξύ τους. Αλλά αν περιστρέψετε έναν από τους μαγνήτες, αποδεικνύεται ότι μπορείτε να επιτύχετε αυτήν την αιώρηση. Και αυτό είναι το περίεργο μέρος. Η δύναμη στους μαγνήτες δεν πρέπει να αλλάξει μόνο και μόνο επειδή «περιστρέφετε ένα από αυτά, έτσι φαίνεται να υπάρχει σύζευξη μεταξύ κίνησης και μαγνητικής δύναμης».
Τα αποτελέσματα δημοσιεύτηκαν πρόσφατα στο περιοδικό Ανασκόπηση εφαρμοσμένης φυσικής.
Αρκετά πειράματα για την επιβεβαίωση της φυσικής
Τα πειράματα περιελάμβαναν αρκετούς μαγνήτες διαφορετικών μεγεθών, αλλά η αρχή παρέμεινε η ίδια: περιστρέφοντας έναν μαγνήτη πολύ γρήγορα, οι ερευνητές παρατήρησαν πώς ένας άλλος μαγνήτης κοντά, που ονομάζεται «πλωτός μαγνήτης», άρχισε να περιστρέφεται με την ίδια ταχύτητα ενώ γρήγορα προσκολλήθηκε σε θέση όπου παρέμενε.
Βρήκαν ότι όταν ο πλωτός μαγνήτης κρατιέται στη θέση του, προσανατολίζεται κοντά στον άξονα περιστροφής και προς τον πόλο παρόμοιο με τον περιστρεφόμενο μαγνήτη. Έτσι, για παράδειγμα, ο βόρειος πόλος του πλωτού μαγνήτη, καθώς περιστρέφεται, συνεχίζει να δείχνει προς τον βόρειο πόλο του σταθερού μαγνήτη.
Αυτό είναι διαφορετικό από αυτό που θα περίμενε κανείς με βάση τους νόμους του στατικού μαγνητισμού, οι οποίοι εξηγούν πώς λειτουργεί ένα στατικό μαγνητικό σύστημα. Ωστόσο, όπως αποδεικνύεται, είναι ακριβώς οι στατικές μαγνητικές αλληλεπιδράσεις μεταξύ των περιστρεφόμενων μαγνητών που είναι υπεύθυνες για τη δημιουργία της θέσης ισορροπίας των πλωτών, όπως διαπιστώθηκε από τον συν-συγγραφέα και διδακτορικό φοιτητή Frederick L. Dorhus χρησιμοποιώντας μια προσομοίωση αυτού του φαινομένου. Παρατήρησαν μια σημαντική επίδραση του μεγέθους του μαγνήτη στη δυναμική αιώρησης: οι μικρότεροι μαγνήτες απαιτούν υψηλότερες ταχύτητες περιστροφής για ανύψωση λόγω της μεγαλύτερης αδράνειας τους και όσο υψηλότερα πετούν.
“Αποδεικνύεται ότι ο πλωτός μαγνήτης θέλει να ευθυγραμμιστεί με τον περιστρεφόμενο μαγνήτη, αλλά δεν μπορεί να περιστραφεί αρκετά γρήγορα για να το κάνει. Όσο αυτή η σύζευξη διατηρείται, θα αιωρείται ή θα αιωρείται”, λέει ο Rasmus Björk.
“Μπορείτε να το συγκρίνετε με μια περιστρεφόμενη κορυφή. Θα σταθεί όρθια μόνο εάν περιστρέφεται αλλά στερεώνεται στη θέση της με την περιστροφή της. Μόνο όταν η περιστροφή χάνει ενέργεια, η δύναμη της βαρύτητας – ή στην περίπτωσή μας η ώθηση και το τράβηγμα ενός μαγνήτης – γίνετε αρκετά μεγάλοι για να ξεπεράσετε την ισορροπία.
Αναφορά: «Εναλλασσόμενη μαγνητική αιώρηση» των Joachim Marko Hermansen, Frederik Laust-Dorhus, Kathrin Frandsen, Marco Piligia, Christian R.H. Bahl και Rasmus Björk, 13 Οκτωβρίου 2023, Εφαρμόστηκε φυσική αναθεώρηση.
DOI: 10.1103/PhysRevApplied.20.044036