Не, никакъв Photoshop и никакъв риболовен възел не са били използвани, за да се направи тази снимка, само 100% чиста физика и малко търпение. Тази инструкция обяснява как можете да изградите собствения си топ във въздуха като НЛО.
градина:
Стъпка 1: Видео преглед
Стъпка 2: Теоремата на Ирншоу
Опитвали ли сте някога левитиране на магнит с помощта на куп други магнити? Изглежда много лесно: тъй като магнитите могат да отблъскват взаимно, най-вероятно ще можете да поставите един куп магнити в кръг, така че те да изтласкат другия магнит към центъра на системата. Или може би дори да се изгради сфера, изработена от магнити, която би спряла друг магнит в центъра. Но ако това е толкова лесно, защо е толкова трудно да се изградят влакове, които използват магнитна левитация? Ако опитате тези „лесни“ методи, ще откриете, че всички те не работят. Всъщност още през 1842 г. британският математик Самуел Ерншоу доказа, че всъщност е невъзможно да се прекъсне редовен магнит в пространството само с помощта на други редовни магнити, поставени около него. Ами той не е доказал точно това, но това следва от първоначалната му теорема. Доказателството на теоремата съдържа твърде много гръцки букви, за да го обясни в този кратък инструктаж, така че нека просто вярваме на тези умни момчета, които го тройно проверяват и го намират за правилно.
Така че е невъзможно да спрете магнит в космоса, използвайки само куп други магнити. Но погледнете видеото. Има голям керамичен магнит и друг магнит, който също е отгоре. И ако внимателно завъртя втория магнит над първия, той наистина ще виси във въздуха. Как е възможно това? Нека поговорим за това и няколко други пропуски в теоремата на Ирншо и всъщност да изградим няколко устройства за магнитна левитация. Това ще бъде готино!
Стъпка 3: Материал
Всъщност е много лесно да се изгради този левитиращ връх. По-долу можете да намерите точните материали, които използвах. Можете да го използвате като препратка за точното копиране на моята конфигурация:
* Големият магнит всъщност е купчина от два магнита 115x45x20mm: http://www.magnet4sale.com/ceramic-magnets-ring/
* Малкият магнит се взима от магнит за чаша 1,42 ″. За да вземете керамичен магнит от чашата, го поставям в гореща вода за 20 минути, за да разхлабите лепилото, след това да го извадите с отвертка и да го извадите така, както е показано във видеото и обяснено по-нататък в тази инструкционна стъпка # 6.
Освен това използвах
* 6.56mm (1/4 ″) дървен дюбел от Michaels
* Букет от гумени и месингови шайби от Home Depot (Lowes има по-добра селекция от гумени шайби, Home Depot има повече месингови). Всъщност за тази точна настройка използвах само една шайба с диаметър 32 мм и дебелина 1.3 мм. Всички други месингови шайби не бяха необходими в крайния вариант.
* Пластмасов контейнер от вашия шкаф за покриване на големия магнит. Използвах 68мм височина и 143мм в диаметър контейнер # 12 (1.5pt) от Rubbermaid.
* Алуминиеви или пластмасови (т.е. немагнитни) листове от Lowes
* Добра електрическа лента
Всичко на всичко това ми струваше около 30 долара.
Стъпка 4: Пластмасов контейнер ?! Сериозно?!!
Пластмасовият контейнер е необходим за защита на магнитите един от друг. Без значение колко внимателни сте, върхът ще продължи да пада и евентуално да удари магнита. Всеки път, когато това се случи, малките остър чипс ще падне от магнитите. Освен че покриват работното ви място с потенциално опасни за електрониката прахове, те също съсипват всичките ви усилия за фина настройка на горната част. Не искате това и най-добрият начин да го предотвратите е да покриете големия магнит с пластмасов контейнер.
Стъпка 5: Височината има значение
Друга функция на пластмасовия контейнер е да регулира разстоянието между горния и големия магнит. Както можете да видите във видеото, това разстояние е много критично за успешното първоначално въртене. Горната част на контейнера (плюс листа) трябва да бъде много близо до мястото, където големият магнит спира да отблъсква върха и започва да го привлича. Всъщност можете дори да преместите малкия магнит по горното стъбло, за да калибрирате точно това разстояние. Ако се опитате да завъртите горната част на върха на правилно регулирания контейнер, той действително ще се стабилизира за 5-6 секунди и ще се върти абсолютно правилно.
Стъпка 6: Извличане на по-малък магнит
По-малкият магнит имам в стоманена чаша. За да извлече магнита от чашата, аз го накиснах в гореща вода за около 20 минути, след това използвах отвертка, за да извадя магнита.
Стъпка 7: Нагоре
Използвайте дюбела, за да превърнете малкия магнит в горната част. Нарязах приблизително 32 мм от дюбела и полирах единия край с шкурка, за да му дам нещо като параболична форма и да го направя по-гладка.
Ако точно следвате спецификациите от rtfms.com, добавете гумената шайба, за да направи теглото му приблизително 12,5 грама. Уверете се, че сте поставили немагнитен разделител между горната част и скалата, в противен случай металните части на скалата ще привлекат магнита и измереното тегло ще бъде неточно. Вижте видеоклипа за подробности.
Стъпка 8: Направете базата
Тъй като използвам два по-малки магнита за основата вместо един голям, това е стъпката, на която ги подреждам. Не поставяйте само едно върху друго - ще повредите както магнитите, така и пръстите ви. Вместо това плъзнете горния магнит отгоре на другия. Ако това не работи и магнитите се отблъскват, обърнете един от магнитите и повторете опита. Можете да пропуснете тази стъпка, ако имате един голям магнит.
Покрийте големият магнит с контейнера, поставете алуминиевия лист отгоре и базата ви е готова.
Стъпка 9: Настройте ориентацията и височината на базата
Сега е времето за няколко стъпки с много текст и без снимки. Просто е трудно да се обяснят динамичните проблеми със статичния текст, затова проверете видеото в стъпка # 1, за да видите как работи това.
Поставете плосък лист от немагнитен материал върху пластмасовия контейнер и се опитайте да го въртите. Добър шанс не само да левитира, но и да се върти. Няколко неща може да са погрешни с него:
* Големият магнит се поставя с главата надолу. Свалете капака и бавно свалете горния капак. Ако, докато спускате горната част, няма да почувствате нищо, тогава ще почувствате, че горната част седи на магнитна възглавница, после е на грешната страна. Завъртете големия магнит. Сега върхът чувства известно съпротивление, докато го спускате, отколкото големият магнит започва да го дърпа вътре в дупката. Това е правилната ориентация. Поставете обратно капака.
* Горната част е твърде висока над големия магнит, така че големият магнит го отблъсква и след като го завъртите, той незабавно ще отлети. Намалете разстоянието от върха до големия магнит като вдигнете големия магнит. Шайби и чаши за бутилки ще ви помогнат да вдигнете големия магнит.
* Горната част е твърде ниска над големия магнит, така че големият магнит привлича върха твърде много, а жироскопичната сила не е достатъчна, за да я държи изправена. В този случай той пада и се разпада веднага след като го освободите. Трябва да увеличите разстоянието между върха и магнита. Можете да го направите, като повдигнете пластмасовия контейнер върху шайби на бутилки, например.
Перфектната позиция за върха е малко под тази точка, когато голям магнит спира да отблъсква върха и започва да привлича. Регулирайте височината на магнита под пластмасовия контейнер, така че горната част да се намира точно в тази позиция, когато се опитвате да го завъртите. Можете също така да преместите само малък магнит в горната част, за да настроите фино настройката.
Моля, имайте предвид, че в тази позиция може да се наложи да натискате леко надолу, докато го въртите. Ако откриете, че това е неудобно, можете да намалите разстоянието между магнитите малко повече.
Всъщност още едно нещо може да се обърка с въртенето: скоростта.
* Ако въртите прекалено бавно, то ще започне прекалено много прецизно и ще падне твърде бързо
* Ако въртите прекалено бързо, то ще започне прецизиране още по-бързо и ще падне.
* Завъртете върха не твърде бързо и не твърде бавно. Всъщност започнете от бавната страна и продължавайте да увеличавате скоростта, докато достигнете максималната скорост, след която върхът става луд.
Освен само първоначалното въртене, спин-стабилизираната магнитна левитация работи само при скорости между 1000 и 3000 оборота в минута (обороти в минута). Така въртенето на върха по-бързо от 3000 RPM няма да помогне да продължи да лети по-дълго.
След като го позиционирате правилно, той трябва да може да се върти стабилно на листа. Всъщност, ако имате късмет и пациент, можете да го позиционирате в точка, в която тя ще се самостабилизира. Дори и да го завъртите не много добре, то в крайна сметка ще се изправи.
О, и още едно важно нещо е мястото, където започваш да се върти - трябва да се случи точно над центъра на големия магнит, иначе малкият магнит ще се свие и изобщо няма да се върти.
Стъпка 10:
Време е да започнем фаза втора: груба настройка. Бавно и непрекъснато повдигайте листа, поддържайки нивото. Могат да се случат няколко неща:
* След като повдигнете листа малко горните скокове и лети. Това означава, че върхът е твърде лек и гравитационната сила не е достатъчна, за да компенсира силата на магнитното отблъскване. Добавете малко тегло към върха. Месинговите шайби са най-тежките, гумените са по-леки. Можете също така да почистите шайбите, за да регулирате теглото им.
* Продължавате да повдигате листа, но горният край никога не сваля листа. Горната част е твърде тежка и магнитното отблъскване не е достатъчно, за да компенсира гравитацията. Свалете шайбата от горната част. Ако това е последната шайба, заменете я с по-леката. Ако върхът няма да излезе дори без измиване на шайби, ще ви е необходим по-силен набор от магнити.
След като добавите и извадите шайбите до върха, трябва да достигнете точка, когато върхът излезе от листа, се опитва да левитира на върха на магнита, но след половин секунда отлети. Ако забележите, че тя винаги лети в същата посока, тогава е време за фаза 3: изравняване.
* Причината, поради която върхът лети винаги в една и съща посока, е, че магнитното поле на големия магнит е чисто ниско. Донякъде като топката се спуска надолу по хълма, нашият връх се свива надолу по магнитния хълм. Дори не можете да го направите хоризонтално с редовно ниво, тъй като големият магнит може да бъде неравномерно намагнитен. Трябва да продължите да регулирате нивото на големия магнит, докато върхът започне да лети в различни посоки. Също така се уверете, че големият магнит се намира на твърда повърхност като маса. Килимът няма да работи, тъй като ще се наложи да премествате магнита твърде често.
Истината е, че най-вероятно ще трябва да направите фаза 2 и 3 едновременно, тъй като понякога не е ясно защо върхът лети толкова бързо. Това може да бъде както нивото на магнитното поле, така и теглото.
Отново, можете да поставите шайби или нещо друго дебело и за предпочитане немагнитно под големия магнит, за да я изравните. Можете дори да използвате Arduino като подложка, ако искате да включите микроконтролер в този проект :)
Стъпка 11: Нагласете теглото
В този момент почти всичко работи чудесно, с изключение на това, че върхът все още не е в състояние да левитира, докато лети. Време за фаза 4: финална настройка.
* Продължавайте да добавяте тежестта на върха. Трябва да добавите малки тежести към върха. Фините регулиращи тежести са толкова малки, че шайбите вече не работят. Говорим за точност до 0,1 g (0.004oz). Най-добрият кандидат за регулиране на теглото е електрическата лента. Дръжте малките парчета електрическа лента, докато върхът престане да лети.
* Ако в някакъв момент върхът се повдига за няколко секунди, отколкото пада надолу - извадете лента, изрежете го наполовина и залепете половината назад.
С помощта на електрическа лента можете да построите върха, която ще левитира за минута или две. Един от проблемите е лошата аеродинамика на лентовите ленти. Веднъж разбрали крайното тегло, може би е добра идея да замените купата с месингови шайби. Това ще увеличи времето на полета до 5 минути (добре, 2-3 минути е по-реалистично време).
Още едно важно нещо е, че целият връх трябва да бъде много твърд. Никакви парчета не трябва да са незащитени или колебливи. Използвайте луд лепило, ако е необходимо, но го направете да се чувстват като едно твърдо парче.
Стъпка 12: Удиви приятелите си!
Ако изпълните цялата тази лудост, е време да се обадите на приятелите си бързо и да ги удивите. Направи го бързо! Проблемът е, че ефектът е много нестабилен. След като температурата в стаята се промени - ще трябва да намалите фината настройка. Влажността се промени? Същото нещо. Някой е поставил ножици наблизо? Настройте го отново. Или преместете ножиците навън, каквото е по-лесно :)
Фактът, че този вид магнитна левитация е толкова нестабилен, значително намалява неговата използваемост. По принцип освен изумителните хора не можете да направите много с него. В бъдещите инструкции ще обясня как да се изградят по-практични левитационни устройства, така че гласувайте, следвайте, харесвате, абонирайте се и пазете DIYing!
Ако ви харесва тази инструкция, моля проверете другите ми инструкции. Благодарим ви, че четете и гледате!
На второ място в
Стартирайте го! Предизвикателство
