集齐六颗磁铁,召唤“悬浮怪兽” | 正经玩原创

作者: yangfz & Lixy

来源: 中科院物理所

发布日期: 2017-10-14 12:02:42

本文介绍了如何使用简单的装置进行磁悬浮实验,探讨了磁悬浮列车的原理及其在现代科技中的应用。

正经玩每周六上午会推送一个好玩的科学实验,可以由家长大朋友带着小朋友在家里动手操作。希望正经玩陪您度过每一个温馨的亲子周末,让小朋友的童年充满知识、爱和陪伴。

曾经沧海,磁悬浮是高端科技的代名词,磁悬浮列车也是代表未来的产业。而今,随着高铁的普及,磁悬浮列车似乎已经逐渐淡出人们视野。当年,浦东创世纪般的磁悬浮列车,已在那条铁轨上静静躺了十几年,没有扩建,也没有再建另一条线路。他没能成双成对,只好每日形影相吊。此情可待成追忆?不过,追忆归追忆,今天我们就要带你们拨开磁悬浮列车神秘的面纱,用最简单的装置,探究悬浮的美。

实验器材与实验过程:所标杯、泡沫、柱形磁铁(半径一大一小,有孔最好)、木棍(或其他支撑物)、电池、玻璃板、图钉、胶水、刀子、尺子。首先将木棍和小号磁铁连接起来,将图钉用胶水粘在前端,下面我们称整体为悬浮物。然后在泡沫上挖四个洞来固定大号柱形磁铁,这个时候一定要注意洞的大小和间距,两洞的间距要等于悬浮物上两磁铁的间距。

将大号磁铁放入洞里,同时用小号磁铁进行试探,确保两端小号磁铁和大号磁铁是相互排斥的。将玻璃板放置在前面,将图钉紧贴玻璃板,小心地悬浮物平行磁铁放置,我们就可以得到磁悬浮啦!然后小心地转动悬浮物,由于摩擦小,转动会持续很长时间,也可以换个角度看,悬浮物静静地转动着。我们还可以用电池做连接物,用所标杯换下玻璃板,这时如果用导线连接电池两端,却什么也没发生。

这个实验的原理很简单,只是基于磁铁同性相斥来抵抗重力,关键点在于必须有一个外界的支撑点。在电磁学中恩绍定理指出,不允许仅靠永磁体实现稳定的悬浮,也不允许永磁体和软磁体实现悬浮。这是因为此时势场为马鞍形,类似这样,在仅利用永磁体时,如果我们将一个方向固定,则另一个方向为极小值,此时即为本实验实现磁悬浮的情况。

还有另外一种方法,如果将马鞍面旋转起来,则仍可以利用时间平均效应实现磁悬浮,这就是市场上见到的陀螺磁悬浮,这与现代物理学中冷却原子技术的某些思想有相通之处。当然还有其他方法实现磁悬浮,比如超导体、以及抗磁性物质等。

大家一定注意到悬浮状态的悬浮物,受到一点外力后就开始不断转动,根本停不下来,这是因为悬浮时的阻力很小,能耗很低,悬浮状态的列车同样如此,受到摩擦阻力很小,几乎只来自空气阻力,因此,它的速度非常快,浦东的磁悬浮列车运行速度可达430km/h,全长30公里只需要7~8分钟,在陆地交通方面已经无可匹敌。

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