Левитация - Levitation

Куб магнит парящий над сверхпроводящий материал (известный как Эффект Мейснера )

Левитация (из латинский левитас "легкость")^[1] это процесс, при котором объект удерживается в воздухе без механической поддержки в устойчивом положении.

Левитация достигается за счет движения вверх сила что противодействует притяжению сила тяжести (по отношению к земной гравитации), плюс меньшая стабилизирующая сила, которая толкает объект к исходному положению, когда он находится на небольшом расстоянии от этого исходного положения. Сила может быть фундаментальной силой, такой как магнитная или электростатическая, или она может быть реактивной силой, такой как оптическая, плавучая, аэродинамическая или гидродинамическая.^{[нужна цитата ]}Левитация исключает плавающий на поверхности жидкости, потому что жидкость обеспечивает прямую механическую поддержку. Левитация исключает парящий полет насекомых, колибри, вертолетов, ракет и воздушных шаров, поскольку объект создает собственную силу противодействия гравитации.^{[нужна цитата ]}

Физика

Левитация (на земной шар или любой планетоид) требует восходящей силы, которая нейтрализует масса объекта, чтобы объект не падал (ускорялся вниз) или не поднимался (ускорялся вверх). Для позиционной стабильности любое небольшое смещение левитирующего объекта должно приводить к небольшому изменению силы в противоположном направлении.^{[нужна цитата ]} небольшие изменения силы могут быть выполнены с помощью градиентного поля (полей) или с помощью активного регулирования. Если объект потревожить, он может колебаться вокруг своего конечного положения, но его движение в конечном итоге уменьшается до нуля из-за демпфирование последствия. (В турбулентном потоке объект может колебаться бесконечно.)^{[нужна цитата ]}

Техники левитации - полезные инструменты в физических исследованиях. Например, методы левитации полезны для исследования свойств высокотемпературных расплавов, потому что они устраняют проблему реакции с контейнерами и допускают глубокое переохлаждение расплавов. Бесконтейнерные условия могут быть достигнуты путем противодействия гравитации с помощью силы левитации вместо того, чтобы позволить всему эксперименту свободно падать.^[2]

Магнитная левитация

а высокотемпературный сверхпроводник парящий над магнитом

Магнитная левитация - это наиболее часто встречающаяся и используемая форма левитации.

Диамагнитный материалы обычно используются в демонстрационных целях. В этом случае возвращающая сила возникает из-за взаимодействия с экранирующие токи. Например, сверхпроводящий образец, который можно рассматривать либо как идеальный диамагнетик, либо как идеально твердый сверхпроводник, легко левитирует в окружающем внешнем магнитном поле. Сверхпроводник сначала сильно нагревается, затем охлаждается жидким азотом, чтобы парить над диамагнетиком. В очень сильном магнитном поле с помощью диамагнитная левитация, даже маленькие живые животные были левитированы.

Можно левитировать пиролитический графит, помещая его тонкие квадраты над четырьмя кубическими магнитами, причем северные полюса образуют одну диагональ, а южные полюса - другую диагональ.^[3] Исследователи даже успешно подняли (немагнитные) жидкие капли, окруженные парамагнитными жидкостями.^[4] Процесс такой обратной магнитной левитации обычно называют эффектом Магнито-Архимеда.

Поезд на магнитной подвеске (маглев) отправляется Шанхайский международный аэропорт Пудун на первой в мире коммерческой высокоскоростной линии маглев.

Магнитная левитация разрабатывается для использования в транспортных системах. Например, Маглев включает поезда, которые левитируют большим количеством магнитов. Из-за отсутствия трения на направляющих они работают быстрее, тише и плавнее, чем системы общественного транспорта на колесах.

Электродинамический подвес использует магнитные поля переменного тока.

Электростатическая левитация

При электростатической левитации электрическое поле используется для противодействия гравитационной силе. Некоторые пауки стреляют шелком в воздух, чтобы управлять электрическим полем Земли.

Аэродинамическая левитация

При аэродинамической левитации левитация достигается за счет плавания объекта в потоке газа, либо создаваемого объектом, либо воздействующего на объект. Например, мяч для пинг-понга можно левитировать потоком воздуха из пылесоса, установленного на «дуть». При наличии достаточной тяги с помощью этого метода можно левитировать очень большие объекты.

Левитация газовой пленки

Этот метод позволяет поднять объект сила гравитации плавая на тонком газ пленка, образованная потоком газа через пористый мембрана. С помощью этой техники высокотемпературные расплавы можно очистить от загрязнения и переохладить.^[2] Типичный пример общего использования включает Аэрохоккей, где шайба поднимается тонким слоем воздуха. Судно на воздушной подушке также используйте эту технику, создавая под ними большую область воздуха под высоким давлением.

Акустическая левитация

Акустическая левитация использует звуковые волны для создания силы левитации.

Оптическая левитация

Оптическая левитация - это техника, при которой материал левитирует против направленной вниз силы тяжести под действием восходящей силы, исходящей от фотон импульс передача (радиационное давление ).

Плавучая левитация

Газы под высоким давлением могут иметь плотность, превышающую плотность некоторых твердых веществ. Таким образом, их можно использовать для левитации твердых предметов через плавучесть.^[5] благородные газы предпочтительны из-за их инертности. Ксенон это самый плотный нерадиоактивный благородный газ, 5,894 г / л. Ксенон использовался для левитации полиэтилен, при давлении 154атм.

Сила Казимира

Ученые открыли способ левитации сверхмалых объектов, манипулируя так называемыми Сила Казимира, который обычно заставляет объекты слипаться из-за сил, предсказываемых квантовая теория поля. Однако это возможно только для микрообъектов.^[6]^[7]

Использует

Маглев поезда

Магнитная левитация используется для остановки поездов, не касаясь рельсов. Это позволяет достичь очень высоких скоростей и значительно снижает требования к техническому обслуживанию гусениц и транспортных средств, так как происходит небольшой износ. Это также означает отсутствие трения, поэтому единственная сила, действующая против него, - это сопротивление воздуха.

Левитация животных

Диамагнитный левитация живой лягушки.

Ученые подняли лягушек в воздух,^[8] кузнечиков и мышей с помощью мощных электромагнитов, использующих сверхпроводники, производящие диамагнитный отталкивание воды в организме. Сначала мыши вели себя сбитыми с толку, но примерно через четыре часа адаптировались к левитации, не испытывая немедленных болезненных эффектов.^[9]^[10]

дальнейшее чтение

Чарльз П. Стрелов; М. К. Салливан (2008). "Демонстрация левитации в классе ...". Американский журнал физики. 77 (9): 847–851. arXiv:0803.3090. Дои:10.1119/1.3095809. S2CID 119108808..

Смотрите также

внешняя ссылка

Словарное определение левитация в Викисловарь

[1] Левитировать, "подниматься легкостью" от латинского левитас "легкость", по-английски написанная на притягиваться: Интернет-словарь этимологии

[Nordine2000-2] а ^б Пол С. Нордин; Дж. К. Ричард Вебер; Йохан Г. Абади (2000), "Свойства высокотемпературных расплавов с использованием левитации", Чистая и прикладная химия, 72 (11): 2127–2136, Дои:10.1351 / pac200072112127

[3] Уолдрон, Роберт Д. (1966), "Диамагнитная левитация с использованием пиролитического графита", Обзор научных инструментов, 37 (1): 29–35, Bibcode:1966RScI ... 37 ... 29Вт, Дои:10.1063/1.1719946

[4] Сингх, Чамкор; Das, Arup K .; Дас, Прасанта К. (2018), «Левитация немагнитной капли внутри феррожидкости», Журнал гидромеханики, 857: 398–448, arXiv:1712.01500, Bibcode:2018JFM ... 857..398S, Дои:10.1017 / jfm.2018.733, S2CID 53607312

[5] ttp://www.mrs.org/s_mrs/sec_subscribe.asp?CID=12048&DID=275340&action=detail Обработка материалов с помощью левитации при высоком давлении газа

[6] "Ученые раскрывают секрет левитации, Yahoo! News". yahoo.com.

[7] «Левитация в миниатюре, нулевая гипотеза». null-hypothesis.co.uk. Архивировано из оригинал на 2011-07-17. Получено 2007-08-23.

[8] «Лягушки левитируют в достаточно сильном магнитном поле». Physics.org. Получено 20 ноября 2014.

[9] «НАСА левитирует мышь с помощью магнитных полей». Популярная наука. 9 сентября 2009 г.. Получено 20 ноября 2014.

[10] [1] Мыши левитировали в лаборатории

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]