Магнитная левитация за счет вращения
Команда физиков из Датского технического университета нашла причину, по которой вращающийся магнит может заставить вторичный магнит левитировать без необходимости стабилизации. В своей статье, опубликованной в журнале Physical Review Applied, группа описывает свои эксперименты. Исследователи обнаружили, что вторичный магнит (поплавок) вращался синхронно с магнитом ротора — они вращались с одинаковой скоростью. Также обнаружено, что ось магнита ротора вращалась с небольшим наклоном — ситуация, которая дестабилизировала бы два магнита, если бы они не вращались. Обнаружили, что магнитное поле магнита ротора оказывает некоторый крутящий момент на поплавок, в результате чего два магнита вращаются синхронно из-за гироскопического эффекта.
Экспериментальная установка, включая крупный план ротора и поплавкового магнита. Крупный план — это изображение, сделанное высокоскоростной камерой, на котором поплавковый магнит окрашен, чтобы обозначить его магнитные полюса. Ясно видно, что поплавковый магнит парит.
Кредит: Physical Review Applied (2023). DOI: 10.1103/PhysRevApplied.20.044036.
Предыдущие исследования и неофициальные данные показали, что если два магнита с северными полюсами, обращенными друг к другу, приблизить друг к другу, они оттолкнут друг друга. Такая сила использовалась в таких целях, как левитация поездов. Но эти приложения должны учитывать внутреннюю нестабильность, которая возникает, когда магниты отталкивают друг друга.
Совсем недавно ученые обнаружили, что если один из магнитов вращается с высокой скоростью, второй магнит можно оттолкнуть без необходимости стабилизации — он остается в воздухе, даже когда первый магнит перемещается. В этой новой попытке исследователи раскрыли причину такого поведения.
Чтобы узнать больше об этом явлении, исследовательская группа соединила несколько разных типов магнитов и вращала их с разной скоростью, одновременно записывая действие с помощью высокоскоростных камер и программного обеспечения для отслеживания движения. Изучая полученные изображения, команда смогла выяснить причину такого поведения.
Фазовый угол φ между поплавком и магнитами ротора. Фазовый угол — это угол между проекциями на плоскость x–y соответствующих векторов намагниченности двух магнитов mr и mf. Расстояние левитации — это межцентровое расстояние между ротором и поплавковыми магнитами.
Кредит: Physical Review Applied (2023). DOI: 10.1103/PhysRevApplied.20.044036.
Исследователи обнаружили, что вторичный магнит (который они называют поплавком) вращался синхронно с магнитом ротора — они вращались с одинаковой скоростью. Они также обнаружили, что ось магнита ротора вращалась с небольшим наклоном — ситуация, которая дестабилизировала бы два магнита, если бы они не вращались. Чтобы лучше понять, что происходит, исследователи создали симуляцию, которая позволила им легче манипулировать двумя магнитами и их поведением.
Они обнаружили, что магнитное поле магнита ротора оказывает некоторый крутящий момент на поплавок, в результате чего два магнита вращаются синхронно из-за гироскопического эффекта. Но поплавок сопротивлялся, пусть и незначительно, что и послужило причиной развития параллельной конфигурации. Они также обнаружили, что существует очень небольшое смещение полярной оси магнита ротора относительно его магнитного поля — возникающие в результате силы притяжения и отталкивания уравновешивают друг друга, позволяя поплавку удерживаться в устойчивом положении во время левитации.
