Спин-стабилизированная магнитная левитация - Spin-stabilized magnetic levitation

Краткая демонстрация и небольшое пояснение о Левитрон фирменный левитирующее верхнее устройство, демонстрирующее явление магнитной левитации со стабилизированным вращением.

Спин-стабилизированная магнитная левитация это явление из Магнитная левитация посредством чего вращающийся магнит или массив магнитов левитируют с помощью магнитных сил над другим магнитом или массивом магнитов и стабилизируются с помощью гироскопического эффекта из-за вращения, которое не является ни слишком быстрым, ни слишком медленным, чтобы обеспечить необходимое прецессия.

Это явление было первоначально обнаружено изобретение к Вермонт изобретатель Рой М. Харриган в 1970-е гг. 3 мая 1983 года Харриган получил Патент США для своего оригинального устройства левитации, основанного на этом явлении, которое он открыл.[1][2] Независимо от Харригана, изобретатель из Пенсильвании по имени Джозеф Чиффо сделал то же открытие в 1984 году, применив магнит с плоским основанием, геометрия которого оказалась значительным преимуществом по сравнению с конструкцией тарелочного основания его предшественника. Дизайн Чиффо, опубликованный в выпуске журнала "МАГНИТЫ В ВАШЕМ БУДУЩЕМ" за 1991 год,[3] далее отличался от Harrigan's тем, что имел невзвешенный верх.[4][5] Технология Харригана, полностью или в сочетании с инновацией Chieffo в области плоского основания, послужила основой для разработки продаваемой на массовом рынке левитирующей игрушки. верх продается под торговой маркой,Левитрон '.

В 2012[6] и 2014[7] Макс Михаэлис сообщил об использовании магнитных волчков марки Levitron с углами наклона 45 ° и 90 ° (т.е.с осью вращения горизонтально).

Физика

Теорема Ирншоу не допускает статической конфигурации постоянные магниты стабильно левитировать другой постоянный магнит или материалы, которые парамагнитный или же ферромагнитный против сила тяжести. Однако эта теорема не применима к устройствам, состоящим из правильно сконфигурированного магнитного основания и соответствующего магнитного волчка, поскольку нестатический характер волчка действует как гироскоп чтобы предотвратить его тороидальный магнитное поле от полного выравнивания в том же направлении, что и поддерживающее противостоящее поле магнитного основания (т. е .: через верхнее переворачивание). Это гироскопическое свойство в сочетании с верхним прецессия позволяет ему динамически реагировать на направление местных тороидально формирует поле своего основного магнита и продолжает левитировать вокруг центральной точки в пространстве над основанием, где силы, действующие на верхнюю часть (гравитационные, магнитные и гироскопические), находятся в равновесии, что позволяет верху оставаться в равновесии. минимум энергии Что ж.[8] (видеть: Магнитная левитация )

В лаборатории экспериментальные установки могут поднимать волчки в течение неопределенного времени, измеряя скорость вращения и поддерживая ее с помощью катушки возбуждения. Однако колебания температуры могут повлиять на стабильность, и без контроля температуры окружающей среды верхняя часть в конечном итоге упадет через несколько часов или дней из-за температурного коэффициента магнитов.[8]

Физика магнитной устойчивости аналогична магнитные градиентные ловушки.[8]

Левитация по наклонной или горизонтальной оси достигается путем наложения «макроловушки» на прецессионную «микроловушку», впервые описанную сэром Майклом Берри.[9] и Саймон, Хефлингер и Риджуэй.[8] Макрозащитная ловушка создается комбинацией двух магнитных букв «V», а также вытяжного магнита, расположенного непосредственно над левитроном. Съемник действует как верёвка маятника.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Патент США 4382245
  2. ^ «МАГНИТЫ В ВАШЕМ БУДУЩЕМ».
  3. ^ Род Драйвер (1999-09-22). «Удивительное изобретение и отказ от патента (Часть 1 из 2)». Журнал Провиденс.[мертвая ссылка ] Альтернативный URL
  4. ^ Род Драйвер (1999-09-23). «Патент, не оправдавший его изобретение (Часть 2 из 2)». Журнал Провиденс.[мертвая ссылка ] Альтернативный URL
  5. ^ М. М. Михаэлис. Наклонные эксперименты с левитроном. Am.J.Phys. 80, 949-954, 2012 г.
  6. ^ М. М. Михаэлис. Горизонтальная ось Левитрон - физическая демонстрация. 49 (1), 67-74, 2014.
  7. ^ а б c d Мартин Д. Саймон, Департамент физики Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, Ли О. Хефлингер, С. Л. Риджвей (1997). "Спин-стабилизированная магнитная левитация". Американский журнал физики. Получено 2006-12-06.CS1 maint: несколько имен: список авторов (связь)
  8. ^ М.В. Берри. Левитрон. Адиабатическая ловушка для спинов. Proc.Roy.Soc. London Ser A 452,1207-1220, 1996 г.