Нет, ни Photoshop, ни леска не использовались для создания этой картины, только 100% чистая физика и немного терпения. Это поучительное объясняет, как вы можете построить свою собственную вершину, парящую в воздухе, как НЛО.
Расходные материалы:
Шаг 1: Видеообзор
Шаг 2: Теорема Эрншоу
Вы когда-нибудь пытались поднять магнит с помощью множества других магнитов? Это кажется очень простым: поскольку магниты могут отталкивать друг друга, вы, вероятно, можете поместить несколько магнитов в круг, чтобы они одинаково толкали другой магнит к центру системы. Или, может быть, даже построить сферу из магнитов, которая приостановит другой магнит в центре. Но если это так просто, почему так сложно строить поезда, использующие магнитную левитацию? Если вы попробуете эти «простые» методы, вы обнаружите, что все они не работают. В самом деле, еще в 1842 году британский математик Сэмюэль Эрншоу доказал, что на самом деле невозможно удерживать обычный магнит в космосе с помощью других статических магнитов, статически расположенных вокруг него. Ну, он не доказал это точно, но это следует из его первоначальной теоремы. Доказательство теоремы содержит слишком много греческих букв, чтобы объяснить это в этом кратком наставлении, поэтому давайте просто доверять тем умным парням, которые трижды проверили ее и нашли ее правильной.
Таким образом, невозможно подвесить магнит в космосе, используя только кучу других магнитов. Но посмотрите на видео. Существует большой кольцевой керамический магнит и еще один магнит, который также является вершиной. И если я аккуратно закручу второй магнит над первым, он действительно будет висеть в воздухе. Как это возможно ?! Давайте поговорим об этом и нескольких других лазеках в теореме Эрншоу и на самом деле создадим несколько устройств магнитной левитации. Это будет круто!
Шаг 3: ведомость материалов
На самом деле очень легко построить этот левитирующий топ. Ниже вы можете найти точный список материалов, которые я использовал. Вы можете использовать его как ссылку для точного воспроизведения моей конфигурации:
* Большой магнит на самом деле представляет собой стопку из двух магнитов 115x45x20 мм: http://www.magnet4sale.com/ceramic-magnets-ring/
* Маленький магнит взят из 1,42 ″ чашечного магнита. Чтобы взять керамический магнит из чашки, я положил его в горячую воду на 20 минут, чтобы ослабить клей, затем заправил отверткой и вытащил, как показано на видео и объяснено далее в этом поучительном шаге № 6.
В дополнение к этому я использовал
* 6,56 мм (1/4 ″) деревянный дюбель от Майклс
* Группа резиновых и латунных (то есть немагнитных) шайб от Home Depot (у Lowes лучший выбор резиновых шайб, у Home Depot больше латунных). Фактически для этой точной установки я использовал только одну шайбу диаметром 32 мм и толщиной 1,3 мм. Все остальные латунные шайбы не были необходимы в окончательном варианте.
* Пластиковый контейнер от вашего шкафа для покрытия большого магнита. Я использовал контейнер № 12 высотой 68 мм и диаметром 143 мм (1.5pt) от Rubbermaid.
* Алюминиевый или пластиковый (т.е. немагнитный) лист от Lowes
* Хорошая изолента
В целом эта установка обошлась мне примерно в 30 долларов.
Шаг 4: Пластиковый контейнер ?! Шутки в сторону?!!
Пластиковый контейнер необходим для защиты магнитов друг от друга. Независимо от того, насколько вы осторожны, верх будет падать и в конечном итоге ударять по магниту. Каждый раз, когда это происходит, маленькие острые чипсы будут падать с магнитов. Помимо покрытия вашего рабочего места потенциально опасной для электроники магнитной пылью, они также разрушают все ваши усилия по тонкой настройке верхней части. Вы не хотите этого, и лучший способ предотвратить это - накрыть большой магнит пластиковым контейнером.
Шаг 5: высота имеет значение
Еще одной функцией пластикового контейнера является регулировка расстояния между верхом и большим магнитом. Как вы можете видеть на видео, это расстояние очень важно для успешного начального вращения. Верх контейнера (плюс лист) должен находиться очень близко к положению, когда большой магнит перестает отталкивать верх и начинает притягивать его. Фактически, вы можете даже перемещать маленький магнит вдоль верхнего стержня, чтобы точно откалибровать это расстояние. Если вы попытаетесь вращать верх над правильно отрегулированным контейнером, он фактически стабилизируется в течение 5-6 секунд и будет вращаться абсолютно прямо.
Шаг 6: Извлечение меньшего магнита
Меньший магнит у меня был внутри стальной чашки. Чтобы извлечь магнит из чашки, я замочил его в горячей воде в течение примерно 20 минут, затем использовал отвертку, чтобы вырвать и удалить магнит.
Шаг 7: сделай топ
Используйте дюбель, чтобы превратить маленький дисковый магнит в верхнюю часть. Я отрезал приблизительно 32 мм от дюбеля и отполировал один конец наждачной бумагой, чтобы придать ему что-то вроде параболической формы и сделать его более гладким.
Если вы точно следуете спецификациям rtfms.com, добавьте резиновую шайбу, чтобы ее вес составлял примерно 12,5 грамма. Убедитесь, что вы поместили немагнитную прокладку между верхней частью и шкалой, в противном случае металлические части шкалы будут притягивать магнит, и измеренный вес будет неточным. Смотрите видео для деталей.
Шаг 8: Сделать базу
Так как я использую два меньших магнита для основания вместо одного большого, это шаг, где я их складываю. Не кладите одно поверх другого - вы повредите магниты и пальцы. Вместо этого сдвиньте верхний магнит поверх другого. Если это не работает и магниты отталкивают друг друга, переверните один из магнитов и повторите попытку. Вы можете пропустить этот шаг, если у вас есть один большой магнит.
Накройте большой магнит контейнером, положите алюминиевый лист сверху, и ваша база готова.
Шаг 9: отрегулируйте ориентацию и высоту основания
Сейчас время для нескольких шагов с большим количеством текста и без картинок. Просто очень сложно объяснить динамические проблемы со статическим текстом, поэтому посмотрите видео в шаге № 1, чтобы увидеть, как это работает.
Положите плоский лист из немагнитного материала поверх пластикового контейнера и попробуйте вращать его сверху. Хороший шанс, что он не только левитирует, но и вращается. С этим может быть несколько вещей:
* Большой магнит расположен вверх ногами. Снимите крышку и медленно опустите верхнюю часть на нее. Если, опуская верх, вы ничего не почувствуете, если вы чувствуете, что верх сидит на магнитной подушке, то это не та сторона. Переверните большой магнит. Теперь, когда вы опускаете его, верх чувствует некоторое сопротивление, чем большой магнит начинает тянуть его внутрь отверстия. Это правильная ориентация. Положите крышку обратно.
* Вершина слишком высока над большим магнитом, поэтому большой магнит отталкивает его, и, как только вы его раскрутите, он мгновенно улетит. Уменьшите расстояние от верха до большого магнита, подняв большой магнит. Шайбы и стаканчики помогут вам поднять большой магнит.
* Верх слишком низок над большим магнитом, поэтому большой магнит слишком сильно притягивает верх, и гироскопической силы недостаточно, чтобы удерживать его прямо. В этом случае он падает и падает сразу после того, как вы его отпустите. Вам нужно увеличить расстояние между верхом и магнитом. Вы можете сделать это, например, подняв пластиковый контейнер на шайбы бутылочных стаканчиков.
Идеальное положение для вершины немного ниже той точки, когда большой магнит перестает отталкивать вершину и начинает притягиваться. Отрегулируйте высоту магнита под пластиковым контейнером, чтобы верхняя часть находилась именно в этом положении, когда вы пытаетесь его раскрутить. Вы также можете переместить маленький магнит в одиночку верхний стержень, чтобы точно настроить установку.
Обратите внимание, что в этом положении вам, возможно, придется слегка надавить на верхнюю часть, вращая ее. Если вы находите это неудобным, не стесняйтесь уменьшить расстояние между магнитами немного больше.
На самом деле, при вращении может пойти не так: скорость.
* Если вы вращаете вершину слишком медленно, она начнет слишком сильно прецессировать и падать слишком быстро
* Если вы вращаете вершину слишком быстро, она начнет прецессировать еще быстрее и тоже упадет.
* Вращайте верх не слишком быстро и не слишком медленно. На самом деле начинайте с медленной стороны и продолжайте увеличивать скорость, пока не достигнете максимальной скорости, после которой вершина сходит с ума.
Помимо только начального вращения, спин-стабилизированная магнитная левитация работает только на скоростях от 1000 до 3000 об / мин (оборотов в минуту). Таким образом, вращение вершины быстрее, чем 3000 об / мин, не поможет ему дольше летать.
После того, как вы правильно расположите верх, он сможет стабильно вращаться на листе. На самом деле, если вам повезло и вы терпеливы, вы можете расположить его в точке, в которой он самостабилизируется. Даже если вы закрутите его не слишком хорошо, оно в конечном итоге выправится.
Да, и еще одна важная вещь - то, где вы начинаете вращаться - это должно происходить точно над центром большого магнита, иначе маленький магнит будет падать и не вращаться вообще.
Шаг 10:
Пришло время начать второй этап: грубая настройка. Медленно и неуклонно поднимайте лист вверх, поддерживая уровень. Может произойти несколько вещей:
* Как только вы немного подняли лист, верх прыгает и улетает. Это означает, что верх слишком светлый, а силы гравитации недостаточно для компенсации силы магнитного отталкивания. Добавьте вес к вершине. Латунные шайбы самые тяжелые, резиновые - легче. Вы также можете отшлифовать шайбы, чтобы отрегулировать их вес.
* Вы продолжаете поднимать лист, но верх никогда не снимает лист. Верхняя часть слишком тяжелая, а сила магнитного отталкивания недостаточна для компенсации гравитации. Снимите шайбу сверху. Если это последняя шайба, замените ее на более легкую. Если верх не снимется даже без шайб, вам понадобится более сильный комплект магнитов.
После добавления и удаления шайб на верх вы должны достичь точки, когда верх снимает лист, пытается подняться на верхнюю часть магнита, но через полсекунды он улетает. Если вы заметили, что он всегда летит в одном и том же направлении, то пришло время для фазы 3: выравнивание.
* Причина, по которой вершина всегда летит в одном и том же направлении, заключается в том, что магнитное поле большого магнита идеально ровное. Очень похоже на то, как мяч катится вниз по склону, наша вершина катится вниз по магнитному холму. Вы даже не можете сделать его горизонтальным с постоянным уровнем, так как большой магнит может быть намагничен неравномерно. Вы должны продолжать регулировать уровень большого магнита, пока верх не начнет разлетаться в разные стороны. Также убедитесь, что большой магнит находится на твердой поверхности, например на столе. Ковер не сработает, так как вам придется слишком часто разматывать магнит.
Правда в том, что вам, вероятно, понадобится выполнять фазы 2 и 3 одновременно, поскольку иногда неясно, почему вершина так быстро отлетает. Это может быть как уровень магнитного поля, так и вес.
Опять же, вы можете поставить шайбы или что-то еще более толстое и предпочтительно немагнитное под большим магнитом, чтобы выровнять его. Вы даже можете использовать Arduino в качестве прокладки, если хотите задействовать микроконтроллер в этом проекте :)
Шаг 11: отрегулируйте вес
В этот момент почти все работает отлично, за исключением того, что вершина все еще не может подниматься, поскольку она улетает. Время для фазы 4: окончательная доводка.
* Продолжайте добавлять вес вершины. Вы должны добавить небольшие веса к вершине. Вес точной регулировки на самом деле настолько мал, что шайбы больше не работают. Мы говорим о точности 0,1 г (0,004 унции). Лучшим кандидатом для корректировки веса является изолента. Держите маленькие кусочки изоленты, пока верх не перестанет разлетаться.
* Если в какой-то момент верх поднимается на несколько секунд, а затем падает - достаньте полоску, разрезайте ее пополам и откиньте половину назад.
Используя изоленту, вы можете построить волчок, который будет подниматься в течение минуты или двух. Одна проблема с этим - плохая аэродинамика лент. После того, как вы определили окончательный вес, возможно, стоит заменить дубль латунными шайбами. Это увеличит время полета до 5 минут (ну, 2-3 минуты - более реалистичное время).
Еще одна важная вещь состоит в том, что вся вершина должна быть очень твердой. Никакие части не должны быть незащищенными или шаткими. При необходимости используйте сумасшедший клей, но сделайте так, чтобы он выглядел как цельный кусок.
Шаг 12: Удиви своих друзей!
Если вы завершите все это безумие с тонкой настройкой, самое время быстро позвонить своим друзьям и поразить их. Сделай это быстро! Проблема в том, что эффект очень нестабильный. Как только температура в комнате изменится - вам нужно будет уменьшить тонкую настройку. Влажность изменилась? То же самое. Кто-то положил ножницы рядом? Отрегулируйте это снова. Или уберите ножницы, что проще :)
Тот факт, что этот тип магнитной левитации настолько нестабилен, значительно снижает его удобство использования. В основном, кроме удивительных людей, с этим мало что можно сделать. В следующих инструкциях я расскажу, как создавать более практичные левитационные устройства, так что голосуйте, подписывайтесь, подписывайтесь и продолжайте делать самоделки!
Если вам нравится эта инструкция, пожалуйста, проверьте мои другие инструкции. Спасибо за чтение и просмотр!
Занявший второе место в
Запустите это! Вызов
