Levitron, după cum știți, este un vârf care se rotește în aer deasupra unei cutii în care funcționează o sursă de câmp magnetic. Puteți face un Levitron dintr-un senzor de sală popular.
Ce este Levitron
ATENŢIE! S-a găsit o modalitate complet simplă de a reduce consumul de combustibil! Nu mă crezi? Nici un mecanic auto cu 15 ani de experiență nu a crezut până nu a încercat. Și acum economisește 35.000 de ruble pe an pe benzină!
Levitron este o jucărie. Nu are rost să-l cumperi dacă știi opțiunile de fabricație dispozitiv de casă. Nu va fi nimic complicat în proiectarea unui astfel de Levitron dacă există un senzor de hol obișnuit, de exemplu, achiziționat pentru un distribuitor de mașini și lăsat pentru utilizare ulterioară.
Trebuie să știți că efectul de levitație se observă întotdeauna într-o zonă destul de îngustă. Astfel de realități limitează oarecum libertatea de acțiune a meșterilor, cu toate acestea, cu răbdare și timp, puteți întotdeauna configura Levitronul eficient și eficient. Practic nu va cădea sau va sări.
Levitron de la senzorul Hall
Levitron pentru un senzor de hol și ideea fabricării acestuia este simplă, ca totul ingenios. Datorită forței câmpului magnetic, o bucată din orice material cu proprietăți electromagnetice se ridică în aer.
Pentru a crea efectul de „planare”, plutire în aer, conexiunea se face cu frecvență înaltă. Cu alte cuvinte, câmpul magnetic pare să ridice și să arunce materialul.
Designul dispozitivului este prea simplu, și chiar și un școlar care nu a stat în zadar la lecții de fizică va putea să construiască totul de unul singur.
- Aveți nevoie de un LED (culoarea acestuia este selectată în funcție de preferințele individuale).
- Tranzistori RFZ 44N (deși orice dispozitiv de câmp apropiat de acești parametri va face).
- Dioda 1N 4007.
- Rezistoare 1 kOhm și 330 Ohm.
- De fapt, senzorul Hall în sine (A3144 sau altul).
- Sârmă de înfășurare de cupru care măsoară 0,3-0,4 mm (aproximativ 20 de metri vor fi de ajuns).
- Magnet de neodim sub formă de tabletă 5x1 mm.
- Incarcator de 5 volti conceput pentru telefoane mobile.
Acum în detaliu despre cum se realizează asamblarea:
- Un cadru pentru electromagnet este realizat cu exact aceiași parametri ca în fotografie. 6 mm este diametrul, aproximativ 23 mm este lungimea înfășurării, 25 mm este diametrul obrajilor cu o margine. Rama este realizată din carton și obișnuit foaie de caiet, folosind superglue.
- Capătul firului de cupru este fixat pe bobină și apoi bobinat (aproximativ 550 de spire). Nu contează în ce direcție îl înfășurați. Celălalt capăt al firului este și el fix, bobina este pusă deoparte deocamdată.
- Lipim totul conform diagramei.
- Senzorul Hall este lipit pe fire și apoi plasat pe bobină. Trebuie să îl introduceți în interiorul bobinei și să îl asigurați cu mijloace improvizate.
Atenţie. Zona sensibilă a senzorului (poate fi determinată din documentația pentru senzorul Hall) ar trebui să arate paralelă cu solul. Prin urmare, înainte de a introduce senzorul în bobină, se recomandă să îndoiți puțin acest loc.
- Bobina este suspendată și îi este furnizată energie printr-o placă lipită anterior. Bobina este fixată cu un trepied.
Acum puteți verifica cum funcționează Levitron. Orice material electrificat poate fi adus la bobină de jos. Va fi fie atras de bobină, fie respins, în funcție de polaritate. Dar avem nevoie de material care să atârne în aer, să plutească. Acesta va fi cazul dacă forma materialului nu este prea mică în raport cu bobina.
Notă. Dacă magnetul în formă de tabletă este mic, atunci nu va levita foarte eficient. Poate cădea. Pentru a elimina erorile de lucru, trebuie să mutați centrul de greutate al materialului în partea de jos - o bucată de hârtie obișnuită va face ca încărcare.
În ceea ce privește LED-ul, nu trebuie să îl instalați. Pe de altă parte, dacă doriți mai mult efect, puteți organiza un spectacol cu iluminare din spate.
Levitron de casă într-o versiune clasică fără senzor
După cum puteți vedea, datorită prezenței unui senzor de sală, a fost posibil să se producă o jucărie destul de impresionantă. Totuși, asta nu înseamnă deloc că nu se poate face fără senzor. Dimpotrivă, un Levitron de casă în versiunea clasică este doar magnet mare de la difuzor (13-15 cm în diametru) și un mic magnet inel pentru partea superioară (2-3 cm în diametru), fără a folosi un senzor.
Axa vârfului este de obicei realizată din stilou vechi sau creion. Principalul lucru este că tija este selectată astfel încât să se potrivească strâns în centrul magnetului inel. Partea în exces a mânerului este apoi tăiată (aproximativ 10 cm lungime împreună cu magnetul atașat pentru partea superioară, care este ceea ce aveți nevoie).
Schema clasică de fabricație pentru un Levitron implică și prezența a o duzină de șaibe diferite tăiate din hârtie groasă. Pentru ce sunt necesare? Dacă în cazul descris mai sus, s-a folosit și hârtie și, după cum ne amintim - pentru a deplasa centrul de greutate în jos sau, mai simplu, pentru ajustare. La fel este și aici. Vor fi necesare șaibe pentru reglarea ideală a blatului (dacă este necesar, acestea sunt plasate după magnetul inel de pe tijă).
Atenţie. Pentru ca un blat de casă să leviteze perfect, pe lângă reglarea lui cu șaibe, trebuie să nu greșești cu polaritatea. Cu alte cuvinte, instalați magnetul inel coaxial cu magnetul mare.
Dar asta nu este tot. Atât în primul caz (folosind un senzor Hall), cât și în al doilea, este necesar să se obțină o uniformitate ideală a sursei de atracție. Cu alte cuvinte, plasați un magnet mare pe o suprafață perfect plană. Pentru a realiza acest lucru, utilizați coarse din lemn de diferite grosimi. În cazul în care magnetul nu se află la nivel, suporturile sunt amplasate pe o parte sau pe mai multe laturi, ajustând astfel uniformitatea.
Platformă Levitrons
Circuitul platformei Levitron diferă, de regulă, prin prezența nu a unuia, ci a mai multor magneți sursă. În acest caz, materialul sau partea superioară care plutește în aer va tinde să cadă pe unul dintre magneți, deplasându-se de la axa verticală. Pentru a evita acest lucru, trebuie să puteți regla zona centrală de atracție și să o faceți perfect exact.
Și aici aceleași bobine vin în ajutor, cu un senzor Hall introdus în interior. Să fie două astfel de bobine și să fie plasate exact în mijlocul platformei, între magneți. În diagramă va arăta așa (1 și 2 sunt magneți).
Din diagramă devine clar că scopul controlării bobinelor este de a crea o forță orizontală, un centru de greutate. Această forță se numește formal Fss și este îndreptată către axa de echilibru atunci când are loc o deplasare, indicată în diagramă ca X.
Dacă conectați bobinele astfel încât pulsul să creeze o zonă cu polaritate inversă, puteți rezolva problema cu offset. Orice fizician va confirma acest lucru.
Orice DVD player vechi poate fi folosit ca carcasă pentru designul platformei Levitron. Toate „interiorurile” sunt îndepărtate de pe acesta, se instalează magneți și bobine, iar din motive de frumusețe, partea superioară este închisă cu un capac practic din material subțire, eventual transparent (permeabil la câmpul magnetic).
Senzorii Hall trebuie să iasă în afară prin orificiile platformei și trebuie lipiți pe picioarele îndreptate ale conectorilor.
În ceea ce privește magneții, aceștia pot fi elemente rotunde cu grosimea de 4 mm. Este de dorit ca unul dintre magneți să aibă un diametru mai mare decât al doilea. De exemplu, 25 și 30 mm.
Mai sunt opțiuni complexe Levitroni, realizate după schema de rotire a unui blat situat în interiorul unui mic glob. Aceste Levitron-uri pot fi construite și folosind senzori Hall - componente eficiente care au făcut o întreagă revoluție în industria auto și în alte domenii ale activității umane.
Ideea acestui tutorial a fost inspirată de un proiect al platformei de crowdfunding Kickstarter numit „Air Bonsai”, un proiect cu adevărat frumos și misterios realizat de japonezi.
Dar orice mister poate fi explicat dacă te uiți înăuntru. Aceasta este de fapt levitație magnetică, unde există un obiect care levita de sus și un electromagnet controlat de un circuit. Să încercăm să implementăm împreună acest proiect misterios.
Am aflat că designul dispozitivului de pe Kickstarter a fost destul de complex, fără niciun microcontroler. Nu exista nicio modalitate de a-i găsi circuitul analogic. De fapt, dacă te uiți mai atent, principiul levitației este destul de simplu. Trebuie să faceți o parte magnetică care „plutește” deasupra altei părți magnetice. Principala activitate ulterioară a fost să se asigure că magnetul care levita nu a căzut.
Au existat, de asemenea, speculații că a face acest lucru cu un Arduino este de fapt mult mai ușor decât încercarea de a înțelege circuitele unui dispozitiv japonez. De fapt, totul s-a dovedit a fi mult mai simplu.
Levitația magnetică este formată din două părți: partea de bază și partea plutitoare (levitativă).
Baza
Această parte este în partea de jos, care constă dintr-un magnet pentru a crea un câmp magnetic circular și electromagneți pentru a controla acest câmp magnetic.
Fiecare magnet are doi poli: nord și sud. Experimentele arată că contrariile se atrag și polii asemănători se resping. Patru magneți cilindrici sunt plasați într-un pătrat și au aceeași polaritate, formând un câmp magnetic circular în sus pentru a împinge orice magnet care are același pol între ei.
Sunt patru electromagneți în general, sunt așezați într-un pătrat, doi magneți simetrici sunt o pereche, iar câmpul lor magnetic este întotdeauna opus. Senzorul și circuitul cu efect Hall controlează electromagneții. Creăm poli opuși pe electromagneți prin trecerea curentului prin ei.
Parte plutitoare
Piesa include un magnet care plutește deasupra bazei care poate transporta un ghiveci mic pentru plante sau alte obiecte.
Magnetul de deasupra este ridicat de câmpul magnetic al magneților inferiori, deoarece au aceiași poli. Cu toate acestea, de regulă, tinde să cadă și să se atragă unul pe altul. Pentru a preveni răsturnarea și căderea vârfului magnetului, electromagneții vor crea câmpuri magnetice pentru a împinge sau trage pentru a echilibra partea plutitoare, datorită senzorului cu efect Hall. Electromagneții sunt controlați de două axe X și Y, rezultând că magnetul superior este menținut echilibrat și plutitor.
Controlul electromagneților nu este ușor și necesită un controler PID, care este discutat în detaliu în pasul următor.
Pasul 2: controler PID (PID)
Din Wikipedia: „Un controler proporțional-integral-derivat (PID) este un dispozitiv într-o buclă de control cu feedback. Este folosit în sistemele automate de control pentru a genera un semnal de control pentru a obține acuratețea și calitatea necesară procesului tranzitoriu. Controlerul PID generează un semnal de control, care este suma celor trei termeni, primul dintre care este proporțional cu diferența dintre semnalul de intrare și semnal. părere(semnal de nepotrivire), al doilea este integrala semnalului de nepotrivire, al treilea este derivata semnalului de nepotrivire."
În termeni simpli: „Controlul PID calculează valoarea „eroare” ca diferență între [Intrare] măsurată și setarea dorită. Controlerul încearcă să minimizeze eroarea ajustând [ieșirea].”
Deci îi spuneți PID-ului ce să măsoare (Intrare), ce valoare doriți și o variabilă care va ajuta să aibă acea valoare ca rezultat. Controlerul PID ajustează apoi ieșirea pentru a face intrarea egală cu setarea.
De exemplu: Într-o mașină avem trei valori (Input, Setup, Output) vor fi - viteza, viteza dorită și respectiv unghiul pedalei de accelerație.
În acest proiect:
- Intrarea este valoarea curentă în timp real de la senzorul Hall, care este actualizată continuu, deoarece poziția magnetului plutitor se va schimba în timp real.
- Valoarea setată este valoarea de la senzorul Hall, care este măsurată atunci când magnetul plutitor este în poziția de echilibru, în centrul bazei magnetului. Acest indice este fix și nu se modifică în timp.
- Semnalul de ieșire este viteza pentru a controla electromagneții.
Mulțumim comunității Arduino pentru scrierea bibliotecii PID, care este foarte ușor de utilizat. Informații suplimentare despre Arduino PID este pe site-ul oficial Arduino. Trebuie să folosim o pereche de controlere PID sub Arduino, unul pentru axa X și celălalt pentru axa Y.
Pasul 3: Accesorii
Lista componentelor pentru lecție se dovedește a fi decentă. Mai jos este o listă de componente pe care ar trebui să le cumpărați pentru acest proiect, asigurați-vă că aveți totul înainte de a începe. Unele dintre componente sunt foarte populare și probabil să le găsiți în propriul depozit sau acasă.
Pasul 4: Instrumente
Iată o listă cu cele mai frecvent utilizate instrumente:
- Ciocan de lipit
- Fierastrau
- Multimetrul
- Burghiu
- Osciloscop (opțional, puteți folosi un multimetru)
- Burghiu de banc
- Lipici fierbinte
- Cleşte
Pasul 5: Op-amp LM324, driver L298N și SS495a
LM324 Op-amp
Amplificatoarele operaționale (amplificatoare operaționale) sunt printre cele mai importante, utilizate pe scară largă și versatile circuite utilizate astăzi.
Folosim un amplificator operațional pentru a amplifica semnalul de la senzorul Hall, al cărui scop este creșterea sensibilității, astfel încât Arduino să poată detecta cu ușurință modificarea câmpului magnetic. O modificare de câțiva mV la ieșirea senzorului Hall, după trecerea prin amplificator, se poate schimba cu câteva sute de unități în Arduino. Acest lucru este necesar pentru a asigura funcționarea lină și stabilă a controlerului PID.
Amplificatorul operațional comun pe care l-am ales este LM324, este ieftin și îl puteți cumpăra de la orice magazin de electronice. LM324 are 4 amplificatoare interne care îi permit să fie utilizat în mod flexibil, totuși în acest proiect sunt necesare doar două amplificatoare: unul pentru axa X și celălalt pentru axa Y.
Modul L298N
L298N dual H-bridge este folosit în mod obișnuit pentru a controla viteza și direcția a două motoare curent continuu sau controlează cu ușurință un singur motor pas cu pas bipolar. L298N poate fi utilizat cu motoare de la 5 la 35 VDC.
Există și un regulator de 5V încorporat, așa că dacă tensiunea de alimentare este de până la 12V, puteți conecta și o sursă de alimentare de 5V de la placă.
Acest proiect folosește L298N pentru a conduce două perechi de bobine de electromagneți și folosește ieșirea de 5V pentru a alimenta senzorul Arduino și Hall.
Pinout modul:
- Out 2: pereche de electromagneți X
- Ieșire 3: pereche de solenoizi Y
- Putere de intrare: intrare DC 12V
- GND: Pământ
- Ieșire 5v: 5v pentru senzorii Arduino și Hall
- EnA: Activează semnalul PWM pentru ieșirea 2
- In1: Activare pentru ieșirea 2
- In2: Activați pentru Out 2
- In3: Activare pentru ieșirea 3
- In4: Activare pentru ieșirea 3
- EnB: Activează semnalul PWM pentru Out3
Conectarea la Arduino: Trebuie să scoatem 2 jumperi din pinii EnA și EnB, apoi să conectăm 6 pini In1, In2, In3, In4, EnA, EnB la Arduino.
Senzor Hall SS495a
SS495a este un senzor Hall liniar cu ieșire analogică. Vă rugăm să rețineți diferența dintre ieșirea analogică și ieșirea digitală, nu puteți utiliza un senzor cu ieșire digitală în acest proiect, acesta are doar două stări 1 sau 0, deci nu puteți măsura ieșirea câmpurilor magnetice.
Senzorul analogic va avea ca rezultat un interval de tensiune de 250 la Vcc, pe care îl puteți citi folosind intrarea analogică a Arduino. Pentru a măsura câmpul magnetic în ambele axe X și Y, sunt necesari doi senzori Hall.
Pasul 6: Magneți de neodim NdFeB (neodim fier bor).
Din Wikipedia: „Neodim - element chimic, un metal din pământuri rare, de culoare alb-argintiu, cu o nuanță aurie. Aparține grupului lantanidelor. Se oxidează cu ușurință în aer. Descoperit în 1885 de chimistul austriac Karl Auer von Welsbach. Este folosit ca componentă a aliajelor cu aluminiu și magneziu pentru producția de avioane și rachete.”
Neodimul este un metal feromagnetic (în special, prezintă proprietăți antiferomagnetice), ceea ce înseamnă că, la fel ca fierul, poate fi magnetizat pentru a deveni un magnet. Dar temperatura lui Curie este de 19K (-254°C), deci în formă pură magnetismul său se manifestă numai sub extrem temperaturi scăzute. Cu toate acestea, compușii de neodim cu metale de tranziție, cum ar fi fierul, pot avea temperaturi Curie semnificativ mai ridicate temperatura camereiși sunt folosiți pentru a face magneți de neodim.
Puternic este cuvântul folosit pentru a descrie un magnet de neodim. Nu puteți folosi magneți de ferită deoarece magnetismul lor este prea slab. Magneții de neodim sunt mult mai scumpi decât magneții de ferită. Magneții mici sunt utilizați pentru bază, magneți mari pentru partea plutitoare/levitantă.
Atenţie! Trebuie să fiți atenți când utilizați magneți de neodim, deoarece magnetismul lor puternic vă poate dăuna sau vă pot sparge datele. hard disk sau altele dispozitive electronice, care sunt influențate de câmpurile magnetice.
Sfat! Poți separa doi magneți trăgându-i orizontal, nu îi poți separa în direcția opusă deoarece câmpul lor magnetic este prea puternic. De asemenea, sunt foarte fragile și se rup ușor.
Pasul 7: Pregătirea bazei
Am folosit un ghiveci mic de teracotă, care este de obicei folosit pentru a crește o suculentă sau un cactus. De asemenea, puteți utiliza oală de ceramică sau o oală de lemn dacă este potrivit. Utilizați un burghiu de 8 mm pentru a crea o gaură în partea de jos a oală, care este folosită pentru a ține priza de curent continuu.
Pasul 8: Imprimarea 3D a părții plutitoare
Dacă aveți o imprimantă 3D, grozav. Ai capacitatea de a face totul cu el. Dacă nu ai o imprimantă, nu dispera, pentru că... puteți folosi un serviciu de imprimare 3D ieftin, care este foarte popular acum.
Pentru taietura cu laser Fișierele se află și în arhiva de mai sus - fișierul AcrylicLaserCut.dwg (acesta este autocad). Partea acrilică este folosită pentru a susține magneții și electromagneții, restul este folosit pentru a acoperi suprafața vasului de teracotă.
Pasul 9: Pregătiți modulul senzor Hall SS495a
Tăiați aspectul PCB-ului în două părți, o parte pentru a atașa senzorul Hall și cealaltă pentru a atașa circuitul LM324. Atașați doi senzori magnetici perpendicular placă de circuit imprimat. Utilizare fire subțiri Pentru a conecta doi pini senzori VCC împreună, procedați la fel cu pinii GND. Contactele de ieșire sunt separate.
Pasul 10: Circuitul op-amp
Lipiți soclul și rezistențele la PCB urmând diagrama, acordând atenție plasării celor două potențiometre în aceeași direcție pentru o calibrare mai ușoară ulterioară. Conectați LM324 la priză, apoi conectați cele două ieșiri ale modulului senzor Hall la circuitul op-amp.
Conectați cele două fire de ieșire ale LM324 la Arduino. Intrare de 12 V cu intrare de 12 V a modulului L298N, ieșire de 5 V a modulului L298N la potențiometrul de 5 V.
Pasul 11: Asamblarea electromagneților
Asamblați electromagneții pe o foaie acrilică, ei sunt fixați în patru găuri lângă centru. Strângeți șuruburile pentru a evita mișcarea. Deoarece electromagneții sunt simetrici în centru, ei sunt întotdeauna pe poli opuși, astfel încât firele de pe interior electromagneții sunt conectați împreună, iar firele sunt pornite in afara electromagneții sunt conectați la L298N.
Trageți firele de sub foaia acrilică prin găurile adiacente pentru a vă conecta la L298N. Firul de cupru este acoperit cu un strat izolat, așa că trebuie să îl îndepărtați cu un cuțit înainte de a le putea lipi.
Pasul 12: Modulul senzorului și magneții
Utilizare lipici fierbinte Pentru a fixa modulul senzorului între electromagneți, vă rugăm să rețineți că fiecare senzor trebuie să fie pătrat cu doi electromagneți, unul pe față și altul pe spate. Încercați să calibrați cei doi senzori cât mai central posibil, astfel încât să nu se suprapună, ceea ce va face senzorul cel mai eficient.
Următorul pas este asamblarea magneților pe bază acrilică. Prin combinarea a doi magneți D15*4mm și un magnet D15*3mm împreună pentru a forma un cilindru, va face ca magneții și electromagneții să aibă aceeași înălțime. Asamblați magneții între perechi de electromagneți, rețineți că polii magneților ascendenți trebuie să fie aceiași.
Pasul 13: mufă DC Power și ieșire L298N 5V
Lipiți priza de curent continuu cu două fire și utilizați tuburi termocontractabile. Conectând mufa de alimentare DC la intrarea modulului L298N, ieșirea sa de 5V va furniza energie Arduino.
Pasul 14: L298N și Arduino
Conectați modulul L298N la Arduino urmând diagrama de mai sus:
L298N → Arduino
5V → VCC
GND → GND
EnA → 7
B1 → 6
B2 → 5
B3 → 4
B4 → 3
EnB → 2
Pasul 15: Mini programator Arduino Pro
Deoarece Arduino pro mini nu are un port USB la serial, trebuie să conectați un programator extern. FTDI Basic va fi folosit pentru a programa (și alimenta) Pro Mini.
Levitația magnetică arată întotdeauna impresionantă și fascinantă. Astăzi nu numai că puteți cumpăra un astfel de dispozitiv, ci și îl puteți face singur. Și pentru a crea un astfel de dispozitiv de levitație magnetică, nu este necesar să cheltuiți mulți bani și timp pe el.
ÎN acest material Va fi prezentată o diagramă și instrucțiuni pentru asamblarea unui levitator magnetic din componente ieftine. Asamblarea în sine nu va dura mai mult de două ore.
Ideea acestui dispozitiv numit Levitron este foarte simplă. Forța electromagnetică ridică o bucată de material magnetic în aer, iar pentru a crea efectul de plutire, obiectul se ridică și coboară într-o gamă foarte mică de înălțimi, dar cu o frecvență foarte mare.
Pentru a asambla un Levitron veți avea nevoie de doar șapte componente, inclusiv o bobină. O diagramă a dispozitivului de levitație magnetică este prezentată mai jos.
Deci, după cum putem vedea din diagramă, pe lângă bobină, vom avea nevoie de un tranzistor cu efect de câmp, de exemplu, IRFZ44N sau un alt MOSFET similar, o diodă HER207 sau ceva de genul 1n4007, rezistențe de 1 KOhm și 330 Ohm, un Senzor Hall A3144 și un LED indicator opțional. Bobina o puteți face singur; aceasta va necesita 20 de metri de sârmă cu un diametru de 0,3-0,4 mm. Pentru alimentarea circuitului puteți lua Încărcător 5 V.
Pentru a face o bobină, trebuie să luați o bază cu dimensiunile prezentate în figura următoare. Pentru bobina noastră, va fi suficient să înfășurați 550 de spire. După terminarea înfășurării, este recomandabil să izolați bobina cu un fel de bandă electrică.
Acum lipiți aproape toate componentele, cu excepția senzorului Hall și bobinați pe o placă mică. Așezați senzorul Hall în orificiul bobinei.
Fixați bobina astfel încât să fie deasupra suprafeței la o anumită distanță. După aceea mai departe acest aparat levitația magnetică poate fi alimentată. Luați o bucată mică de magnet de neodim și țineți-o de partea de jos a bobinei. Dacă totul este făcut corect, forța electromagnetică îl va prelua și îl va menține în aer.
Dacă acest dispozitiv nu funcționează corect pentru dvs., atunci verificați senzorul. Partea sa sensibilă, adică partea plată cu inscripții, ar trebui să fie paralelă cu solul. De asemenea, pentru levitație, forma tabletei, care este tipică pentru majoritatea magneților de neodim vânduți, nu este cea mai reușită. Pentru a preveni „mersul” centrului de greutate, trebuie să-l mutați în partea de jos a magnetului, atașând la el ceva care nu este prea greu, dar nu prea ușor. De exemplu, puteți adăuga o bucată de carton sau hârtie de construcție ca în prima imagine.
În unele magazine avansate poți vedea standuri publicitare care arată efecte interesante atunci când ceva din vitrină sau un articol cu imagine de marcă levita. Uneori se adaugă rotația. Dar chiar și o persoană fără prea multă experiență în produse de casă poate face o astfel de instalare. Pentru a face acest lucru, aveți nevoie de un magnet de neodim, care poate fi găsit în piesele computerului.
Proprietățile unui magnet sunt uimitoare. Una dintre aceste proprietăți de a fi respins de stâlpi similari este folosită în obiecte care sunt folosite ca trenuri cu levitație magnetică, jucării amuzante sau bază pentru obiecte de design spectaculoase etc. Cum să faci un obiect care levita pe baza magneților?
Levitație magnetică pe video
Levitarea unui top peste cinci puncte de magneți de neodim. Levitație magnetică, magnetism, experiment magnetic, truco magnética, moto perpetuo, joc uimitor. Fizica distractivă.
Discuţie
şoim
Când magnetul se rotește, are loc levitația, iar dacă viteza magnetului scade, acesta cade de pe orbită... justifică acest efect. Interacțiunea câmpurilor magnetice dintre magneți este clară, dar care este rolul rotației. De asemenea, puteți ține un magnet în aer folosind un câmp magnetic alternativ din bobine.
pukla777
Vă rugăm să lucrați la subiect - generator de volantă. Cred că va fi de folos aplicație practică. În plus, ai filmat-o într-un videoclip cu mult timp în urmă, dar foarte puțin și fără informații.
Președintele Rusiei
Și dacă:
Lansați acest vârf într-un fel de cub și creați acolo un Vacuum, conform ideii că nu va exista rezistență la aer și se va învârti aproape la nesfârșit! Și dacă nu și pentru a înfășura corect cuprul și a elimina energia?
Evgenii Petrov
Am citit comentariile, sunt surprins, ce thread!? Totul acolo este ca un top magnetic, i-au dat blană. energia este câmpul magnetic constant al vârfului, atunci când se rotește, câmpul magnetic se rotește și el, dar principalul lucru este cum! La magneți, domeniile nu sunt împachetate distribuite egal; acest lucru nu este posibil din punct de vedere tehnic; prin urmare, magnetul pasiv în sine nu poate rămâne pe perna magnetică; va dura mai mult punct forte unde diferența este în general neglijabilă, astfel încât rotația câmpului nu permite acest lucru.
Viaceslav Subbotin
O altă idee, ce se întâmplă dacă străluciți laserul în mod constant pe o parte? Se va schimba timpul de rotație al blatului din cauza presiunii ușoare? Dacă luați un laser puternic, s-ar putea să puteți face ca vârful să nu se oprească deloc.
Nimeni necunoscut
O jucărie veche... Îmi amintesc acest vârf și placa de sub ea cu magneți de ferită, pe neodim deja e plictisitor, iar magnetul de jos al bazei era o placă solidă, și nu cinci magneți separati, doar că era magnetizat într-un inteligent. cale...
Aligarh Leopold
Igor Beletsky, puteți face o șapcă pe care va ateriza vârful, pentru a nu-l prinde. Este posibil să-i adăugați un câmp magnetic rotativ pentru a menține rotația? de exemplu, dacă îi rotiți masa magnetică...
Timur Aminev
Vă rugăm să ne spuneți cum încetinește câmpul magnetic al Pământului în partea de sus? În sensul ce momente de forţe îndreptate împotriva rotaţiei apar şi de ce.
Alexandru Vasilievici
Dacă atașați o bobină deasupra magnetului (sau sub acesta ar fi absolut superb!) și răsuciți partea superioară cu ea, veți obține un fel de motor suspendat magnetic. Chestia este absolut stupidă, dar frumoasă. Se va învârti până când sursa de alimentare este îndepărtată))
Ivan Petrov
Ei bine, am văzut deja asta. Faceți ca magnetul să leviteze fără să se rotească! (și fără suporturi și azot lichid, desigur).
Înalt Elf
O înșelătorie pentru studenții săraci, s-ar putea numi levitație dacă magnetul nu ar fi nevoie să fie deztors. Magnetul însuși, deasupra, va aluneca dacă nu i se dă rotație.
Andrei Solomennikov
Ce se întâmplă dacă atașați un foc la platformă și elice la giroscop (Yula), astfel încât să se rotească în timp ce focul de dedesubt arde. Nu-mi amintesc numele motorului, dar esența lui este rotirea, ca să spunem așa, a unui rotor folosind căldură.
Volzhanin
Igor, există o idee... Nu ai un câmp magnetic uniform pe masă, dar dacă faci un blat din mai mulți magneți și învârti masa... Poate că vârful nu își va pierde viteza... Ce crezi?..
Anton Simovskikh
Igor Beletsky, ți-ai dat seama de fizica procesului? De ce este posibilă levitația numai în dinamică? Curenții foucaultieni care apar în el afectează stabilizarea vârfului?
Cea mai simplă instalare cu un obiect care levita pe un magnet
Pentru asta veți avea nevoie de: o cutie de CD, una sau două discuri, o mulțime de magneți inel și super lipici. Puteți achiziționa orice magnet dintr-un magazin online chinezesc.
Când prietenii tăi vin să te viziteze, vor fi surprinși de designul spectaculos pe care l-ai creat singur.
Cum funcționează Levitron?
Acum că ai devenit interesat de levitație prin crearea sau achiziționarea primului tău Levitron, tot ce trebuie să faci este să stăpânești arta lansării, te vom ajuta în acest sens luând în considerare principiul de funcționare. Și vă vom învăța arta lansării Levitron, spunându-vă despre secretele și complexitățile acestei tehnologii.
Prin stăpânirea artei de a lansa un top și așezându-l într-o poziție de levitație stabilă, tu și cei din jurul tău sunteți garantat să experimentați o uimire completă. Astăzi, levitația îi îngrijorează pe mulți. Primim numeroase solicitări de la clienți cu întrebări despre levitație și explicații despre modul în care funcționează Levitron.
Mulți sunt în mod expres nedumeriți că funcționează deloc, citând adesea teorema lui Earnshaw (1.2) ca dovadă că nu ar trebui să funcționeze. Interesul pentru Levitron a fost mereu fierbinte printre oamenii de știință. Recent, analogii cu capcanele cu levitron pentru particule microscopice (de exemplu, electroni, neutroni) au fost recunoscute de oamenii de știință care lucrează în domeniul fascinant de cercetare în care materia este manipulată și studiată, câte o astfel de particule microscopice. Primul care a recunoscut analogia a fost doctorul Michael W. Berry de la Universitatea din Bristol. Dr. Berry, inspirat de această recunoaștere, a publicat o relatare detaliată a fizicii operațiunii Levitron (în 3). Lucrarea Dr. Berry este una dintre cele mai bune explicații existente despre modul în care funcționează Levitron și ne-a pregătit cu amabilitate o scurtă încapsulare a principalelor subiecte pe care le prezentăm mai jos. Cei care doresc să citească întreaga expunere ar trebui să solicite o copie a lucrării de la Dr. Berry.
Ce îl reține?
„Antigravitația” este forța care împinge vârfurile departe de magnetismul de bază. Atât partea superioară, cât și placa grea din interiorul cutiei de bază sunt magnetizate, dar în sens invers. Gândiți-vă la un magnet principal cu polul nord îndreptat în sus și un magnet ca vârf cu polul nord îndreptat în jos (Figura 1). Principiul este că doi poli identici (de exemplu doi nordi) se resping și că doi poli opuși se atrag, forțele fiind mai puternice când polii sunt mai apropiați. Există patru forțe magnetice în partea de sus: la polul său nord, respingerea de la nord la bază și atracția de la sud la bază, iar la polul său sud, atracția de la nord la bază și respingerea de la sud la bază. baza. Din cauza felului în care forțele depind de distanță, repulsia nord-nor domină, iar repulsia de sus este magnetică. Atârnă acolo unde această repulsie ascendentă echilibrează forța descendentă a gravitației, adică în punctul de echilibru în care forța netă este zero.
De ce trebuie să se rotească Levitron?
Pentru a preveni răsturnarea vârfului. În plus față de furnizarea forței totale la vârf, câmpul magnetic al bazei oferă un cuplu care tinde să rotească axa de rotație. Dacă vârful nu se rotește, acest cuplu magnetic îl va răsturna. Apoi ea polul Sud va fi îndreptată în jos, iar forța de la bază va fi atractivă - adică în aceeași direcție cu forța gravitației - iar vârful va cădea. Când vârful se rotește, cuplul acționează giroscopic și axa nu se răsturnează, ci se rotește în jurul direcției (aproape verticală) a câmpului magnetic. Această rotație se numește precesie (Fig. 2). Cu Levitron, axa este aproape verticală și precesia este vizibilă ca un tremur care devine mai pronunțat pe măsură ce vârful încetinește. Eficacitatea spinului în stabilizarea vârfurilor susținute magnetic, cum ar fi Levitronul, a fost descoperită de Roy M. Harrigan (4).
De ce nu alunecă Levitron în lateral?
Pentru cel de sus, rămâne suspendat; echilibrul singur nu este suficient. Echilibrul trebuie să fie, de asemenea, stabil, astfel încât o mică mișcare orizontală sau verticală să producă o forță care împinge în sus înapoi spre punctul de echilibru. Pentru Levitron, stabilitatea este dificil de atins. Aceasta depinde de faptul că, pe măsură ce vârful se deplasează lateral, departe de axa magnetului principal, câmpul magnetic al bazei, în jurul căruia a precedat axa vârfului, se abate ușor de la verticală (Fig. 2). Dacă partea superioară ar preceda exact pe verticala, fizica câmpurilor magnetice ar face echilibrul instabil. Deoarece câmpul este atât de aproape de verticală, echilibrul este stabil doar pe o gamă mică de înălțimi - de la aproximativ 1,25 inci până la 1,75 inci deasupra centrului bazei. (2,5 până la 3,0 inci pentru hobby-urile „noului Super Levitron”). Teorema lui Earnshaw nu este încălcată de comportamentul Levitronului. Această teoremă afirmă că nicio aranjare statică a sarcinilor magnetice (sau electrice) nu poate fi stabilă, singură sau sub influență. a forței gravitaționale.Acest lucru nu se aplică Levitron, deoarece magnetul (în partea de sus) se rotește și astfel reacționează dinamic la câmpul de la bază.
De ce este importantă greutatea lui Levitron (și de ce ar trebui să fie ajustată)?
Greutatea vârfului și forțele de magnetizare ale bazei și vârfului determină înălțimea de echilibru, unde magnetismul echilibrează gravitația. Această înălțime ar trebui să fie într-un interval stabil. Micile schimbări de temperatură modifică magnetizarea de la bază și de sus. (Pe măsură ce temperatura crește, direcțiile magneților atomici se randomizează și câmpul slăbește). Dacă greutatea nu este reglată pentru a compensa, balanța va cădea în afara intervalului stabil, iar vârful va cădea. Deoarece intervalul stabil este atât de mic, această ajustare este delicată - cea mai ușoară mașină de spălat este doar aproximativ 0,3% din greutatea blatului.
De ce Levitron cade în sfârșit?
Rotirile superioare sunt stabile în intervalul de aproximativ 20 până la 35 de rotații pe secundă (RPS). Este complet instabil peste 35-40 RPS și sub 18 RPS. Odată ce vârful este rotit și levitat, acesta încetinește din cauza rezistenței aerului. După câteva minute va atinge limita inferioară de stabilitate (18 RPS) și va cădea. Durata de viață de rotație a unui Levitron poate fi prelungită prin plasarea acestuia în vid. În timpul mai multor experimente cu vid care au fost făcute, vârful a căzut după aproximativ 30 de minute. De ce face asta nu este clar; poate atunci când temperatura se schimbă, împingând echilibrul din intervalul stabil; poate că există o mică instabilitate reziduală pe termen lung, deoarece vârful nu se rotește suficient de repede; sau poate că vibrația echipamentului de vid trece prin câmp și îndepărtează treptat axa de precesie de direcția câmpului magnetic. Levitația poate fi prelungită semnificativ prin suflarea de aer cu un guler cu dinți de aer adecvat, situat în jurul periferiei vârfului, astfel încât să se mențină frecvența de centrifugare într-un interval stabil. Recent, blatul Levitron a fost ținut în rotație câteva zile în acest fel. Dar cel mai de succes mijloc de a prelungi levitația unui vârf este un nou dispozitiv cu impuls electromagnetic, care poate menține vârful în levitație timp de zile sau chiar săptămâni.
Cum se folosește principiul Levitron?
În ultimele decenii, particulele microscopice au fost studiate prin captarea lor din câmpuri magnetice și/sau electrice. Există mai multe tipuri de capcane. De exemplu, neutronii pot fi conduși într-un câmp magnetic, creat de sistem bobine Neutronii sunt particule magnetice în rotație, așa că analogia unei astfel de capcane de neutroni cu Levitron este aproape.
