Lewitacja magnetyczna stabilizowana spinem

Krótka demonstracja i małe wyjaśnienie przedstawiające lewitujące górne urządzenie marki Levitron , które działa w oparciu o zjawisko lewitacji magnetycznej stabilizowanej spinem.

Lewitacja magnetyczna stabilizowana spinowo jest zjawiskiem lewitacji magnetycznej , w którym wirujący magnes lub układ magnesów (zwykle jako górna część ) jest lewitowany za pomocą sił magnetycznych nad innym magnesem lub układem magnesów i stabilizowany przez efekt żyroskopowy z powodu wirowania, który nie jest ani ani zbyt szybko, ani zbyt wolno, aby umożliwić konieczną precesję .

Zjawisko to zostało pierwotnie odkryte przez wynalazcę z Vermont , Roya M. Harrigana, w latach 70. XX wieku. 3 maja 1983 Harrigan otrzymał patent w Stanach Zjednoczonych za swoje oryginalne urządzenie lewitacyjne oparte na odkrytym przez niego zjawisku. Niezależnie od Harrigana, wynalazca z Pensylwanii, Joseph Chieffo, dokonał tego samego odkrycia w 1984 r., Używając magnesu z płaską podstawą, geometrii, która okazała się znaczącą zmianą w stosunku do projektu jego poprzednika, który opierał się na mocowaniu magnesów w podstawie w kształcie talerza. Projekt Chieffo, opublikowany w 1991 roku w czasopiśmie „MAGNETS IN YOUR FUTURE”, dodatkowo różnił się od Harrigana tym, że zawierał nieobciążony top. Technologia firmy Harrigan, w całości lub w połączeniu z innowacją firmy Chieffo w zakresie płaskiej podstawy, stworzyła podstawę do opracowania sprzedawany masowo lewitujący top zabawkowy sprzedawany pod marką „ Levitron ”.

W 2012 i 2014 roku Max Michaelis poinformował o obsłudze blatów magnetycznych marki Levitron przy kątach nachylenia 45° i 90° (tj. z osią obrotu, poziomo) po zastosowaniu nowatorskich konfiguracji wspierających pól magnetycznych .

Fizyka

Twierdzenie Earnshawa nie pozwala na statyczną konfigurację magnesów trwałych , aby stabilnie lewitować inny magnes trwały lub materiały, które są paramagnetyczne lub ferromagnetyczne wbrew grawitacji . Twierdzenie to nie ma jednak zastosowania do urządzeń składających się z odpowiednio skonfigurowanej podstawy magnetycznej i odpowiadającej jej magnetycznej podstawy, ponieważ niestatyczny charakter bączka działa jak żyroskop, zapobiegając powstawaniu jego pola magnetycznego od pełnego ustawienia się w tym samym kierunku co pierwotne podtrzymujące toroidalne pole podstawy magnetycznej (tj. poprzez odwrócenie góry). W konfiguracji zorientowanej pionowo ta żyroskopowa właściwość w połączeniu z precesją wierzchołka pozwala mu dynamicznie reagować na kierunek lokalnego toroidalnego pola jego magnesu bazowego (magnesów) i lewitować wokół centralnego punktu w przestrzeni nad podstawą, gdzie siły działające na górze (grawitacyjne, magnetyczne i żyroskopowe) są w równowadze, dzięki czemu góra spoczywa w studni o minimalnej energii . (Widzieć: lewitacja magnetyczna )

W laboratorium konfiguracje eksperymentalne są w stanie lewitować blaty przez nieokreślony czas, mierząc prędkość wirowania i utrzymując ją za pomocą cewki napędowej. Jednak wahania temperatury mogą wpływać na stabilność, a bez kontroli temperatury otoczenia blat ostatecznie opadnie po godzinach lub dniach z powodu współczynnika temperaturowego magnesów .

Fizyka stabilności magnetycznej jest podobna do magnetycznej pułapki gradientowej .

Lewitacja w osi nachylonej lub poziomej jest osiągana przez nałożenie „makro-pułapki” na precesyjną „mikro-pułapkę”, opisaną po raz pierwszy przez Sir Michaela Berry'ego i Simona, Heflingera i Ridgwaya. Makro-pułapka jest generowana przez połączenie dwóch magnetycznych „V” oraz przyciągającego magnesu, umieszczonego bezpośrednio nad Levitronem. Ściągacz działa jak struna wahadła.

Zobacz też