Levitaatiohärvelin nikkaroimista

Seuraa 
Viestejä45973
Liittynyt3.9.2015

Olen tässä suunnitellut levitaatiohärveliä. Tarkoitus olisi toteuttaa se neodyymimagneettien avulla. Eli Magneetit asetellaan ympyrän muotoon ja niiden keskelle sijoitetaan toinen magneetti vastakkaiseen suuntaan. Tuloksena pitäisi muodostua poistovoima magneettien välille ja keskellä olevan magneetin leijua. Hieman sama idea on levitroneissa. http://www.levitron.com/

Ymmärtääkseni kestomagneeteilla toteutetussa levitaatiossa keskimmäistä kappaletta ei tarvitse pyörittää. Koska keskimmäisen magneetin pitäisi pystyä leijuttamaan itseään huomattavasti painavampaa kappaletta, ongelma onkin saada asetelma tasapainoon. Kappale olisi tarkoitus tukea kolmesta kohtaa. Tässä on havainnollistava kuva ideastani. http://img178.imageshack.us/img178/4073/levitaatiojv5.jpg

Eli varsinainen ongelma onkin tietää miten magneettien poistovoima muuttuu etäisyyden kasvaessa? Onko foorumilla ketään asiaan vihkiytynyttä asiantuntiaa?

Sivut

Kommentit (26)

bosoni
Seuraa 
Viestejä2704
Liittynyt16.3.2005
Hese

Ymmärtääkseni kestomagneeteilla toteutetussa levitaatiossa keskimmäistä kappaletta ei tarvitse pyörittää. Koska keskimmäisen magneetin pitäisi pystyä leijuttamaan itseään huomattavasti painavampaa kappaletta, ongelma onkin saada asetelma tasapainoon.

En ymmärtänyt ihan tuota perustelua. Pyöriminen levitronissa on sitä varten, että magneetti ei kääntyisi ympäri. (magneetit pyrkivät varsin hanakasti tekemään sen) Meinaatko, että kappaleen alla olisi jonkinlainen vastapaino, joka pitäisi magneetin oikein päin?

En ole ongelmaan perehtynyt, mutta muistaakseni joku on joskus matemaattisesti todistellut, että vakaata leijumista ei saa kestomagneeteilla aikaan. En kyllä tiedä mitä oletuksia on tuossa tehty. Ainakin yksi porsaanreikä on diamagneettiset aineet, jotka heikentävät magneettikentää.

Toinen, mikä tuli äkkiä mieleen, niin jos sellaiseen levitronin hyrrään kiinnittäisi alaspäin sojottavan jäykän pitkän ja kevyen tangon, jonka päähän vastapaino. Eikö vastamomenttia periaatteessa saa kasvatettua kuinka suureksi vain, pidentämällä vartta ja pitämällä paino kokonaispäino riittävän pienenä.... Vai kompastuuko tuo ajatus johonkin? Mikäänhän ei estä tangon läpivientiä rengasmagneetin läpi.

Jos sorruin (taas) virheeseen, niin tukka varmaan vain oli silmillä, kuten kuva osoittaa...

Vierailija

Magneettinen poistovoima (ja vetovoima) on kääntäen verrannollinen magneettikohtioiden väliseen etäisyyden neliöön sekä suoraan verrannollinen kohtioiden magneettisten voimien tuloon (Coulombin laki).

Vierailija

Pyöriminen on nimenomaan tästä syystä
http://en.wikipedia.org/wiki/Earnshaw's_theorem

Eli staattisella kentällä ei saa mitenkään leijumista aikaiseksi. Se ei vaan pysy vakaana. Eli saadaksesi laitteesi leijumaan on jonkun osan siitä liikuttava tai sitten leijuvalla osalla oltava ylimääräinen tuki.

Vierailija

Tuo liikkumaton kenttä on varmaan totta.

Minulle tuli kuitenkin mieleen seuraanvanlainen rakennelma, jollainen olisi kiva rakentaa...

[code:sf6vu6gt]/"""""""\
/"""""\[/code:sf6vu6gt]

Eli siis tavallaan kuin kaksi syvää lautasta, joissa on reunoilla (ja pohjassa) toisiaan hylkivät magneetit.

Tämä varmaan kellahtaa jompaan kumpaan reunaan kuitenkin. Eli se tarvitsisi lisäksi sen pyörimisen ylemmälle 'lautaselle' toimiakseen.

Vierailija

Eikö tosiaan edes pallon muotoon järjestetyillä magneetteilla saa aikaan vakaata leijumista ilman leijuvan kappaleen pyörimistä/muuta tasapainottavaa liikettä?

Vierailija
bosoni
En ole ongelmaan perehtynyt, mutta muistaakseni joku on joskus matemaattisesti todistellut, että vakaata leijumista ei saa kestomagneeteilla aikaan.

Yritin kerran voimakkailla neodyymimagneeteilla saada n. 10-senttisen styroksipallon leijumaan ilmassa siten, että kiinnitin alustaan magneetteja ympyrän muotoon. Kiinnitin myös pallon alapuolelle magneetteja niin päin, että alustan ja pallon magneetit hylkivät toisiaan. Ajatuksena oli, että alustan magneettien muodostamassa kentässä olisi keskellä "kuoppa", jossa pallo leijuisi. Tasapainotus ei kuitenkaan onnistunut - ehkä magneetteja oli liian vähän, ja kenttä oli epätasainen. Sinänsä magneetit olisivat erinomaisesti jaksaneet kannatella sekä itsensä että pallon painon, mutta pallo luiskahti aina niin, että sen ja alustan magneetit tarttuivat toisiinsa kiinni reunoistaan. Mutta joku päivä koitan vielä uudestaan paremmalla ajalla ja paremmin välinein...

Vierailija
Canccu
Minulle tuli kuitenkin mieleen seuraanvanlainen rakennelma, jollainen olisi kiva rakentaa...
Koodi:
/"""""""\
/"""""\

Eli siis tavallaan kuin kaksi syvää lautasta, joissa on reunoilla (ja pohjassa) toisiaan hylkivät magneetit.

Tämä varmaan kellahtaa jompaan kumpaan reunaan kuitenkin. Eli se tarvitsisi lisäksi sen pyörimisen ylemmälle 'lautaselle' toimiakseen.

Entä jos laittaa kolme lautashärveliä, kukin tasasivuisen kolmion kärkiin. Lautaset ovat kiinni toisissaan tankojen tai tukien avulla. Sitten lisäksi lautasten ympärille vaakatasoon hylkiviä magneetteja, jotka eivät osallistu leijutukseen, mutta vastustavat siinä vaiheessa, jos asetelma meinaa keikahtaa. Vieläkö kellahtaa reunaan?

Vierailija
tupakka
Eikö tosiaan edes pallon muotoon järjestetyillä magneetteilla saa aikaan vakaata leijumista ilman leijuvan kappaleen pyörimistä/muuta tasapainottavaa liikettä?



Ei. Kyse on nyt siis klassisista tilanteista. Eli sellaisista mitä nyt käsitellään.

Jussipaita
Entä jos laittaa kolme lautashärveliä, kukin tasasivuisen kolmion kärkiin. Lautaset ovat kiinni toisissaan tankojen tai tukien avulla.



Ja taas ei. Se ei onnistu niin kauan kun leijuva osa on täysin vapaa. Sen leijutettavan magneetin voi laittaa esim putkeen joka estää sitä pyörimästä. Mutta ilman mitään ulkopuolista se ei vaan onnistu (tm)

Fëanor
Mutta joku päivä koitan vielä uudestaan paremmalla ajalla ja paremmin välinein.

Onnea yritykseen. Älä pety liian pahasti kun se ei onnistu.

Yritetään antaa kansantajuinen selvitys miksi tämä ei ole mahdollista. Vakaita pisteitä on kyllä olemassa. Mutta ollakseen stabiili olisi voiman sen pisteen välittömässä läheisyydessä osoitettava pistettä kohti. Magneettikentillä jokainen tälläinen piste omaa läheisyydessään voiman joka vie siitä pisteestä poispäin. Eli pienikin (mikä tahansa heilahdus, jopa lämpöliikkeestä johtuva) muutos tilassa saa sen romahtamaan.

http://www.helsinki.fi/~torkkeli/ite05_4.pdf
Suositeltavaa lukemista magnetismista. Esitietovaatimuksina on differentiaalilaskennan ja vektoreiden perustiedot. Siinä on käytännössä kaikki mitä on tiedettävää klassisista staattisista magneettikentistä.

Vierailija

On kuitenkin mahdollista tehdä magneettiset junan kiskot, jossa leijuvalla osalla ei ole kuin yksi vapaus jäljellä, eli kiskon suuntainen liike. Siinä magneetin kääntyminen on estetty sillä että dipolin momentti ei jaksa kääntää leveähköä vaunua "nurkan kautta ympäri".

Sen voi sitten tasapainottaa pitkän vipuvarren ja erittäin pitkän kärsivällisyyden avulla, koska vaunu liikkuu kiskoilla äärimmäisen herkästi. Jos kiskoista tehtäisiin ympyrä, vaunu hakeutuisi painaumakohtaan vaikka se olisi vain mikrometrin verran notkollaan.

Neutroni
Seuraa 
Viestejä26890
Liittynyt16.3.2005
Snaut
Magneettinen poistovoima (ja vetovoima) on kääntäen verrannollinen magneettikohtioiden väliseen etäisyyden neliöön sekä suoraan verrannollinen kohtioiden magneettisten voimien tuloon (Coulombin laki).

Magneetikenttähän on dipolikenttä. Se vaimenee kaukokentässä suhteessa etäisyyden kuutioon. Levitaatiolaitteet ovat kuitenkin lähellä magneetin napoja. Siellä kenttä vaimee hitaammin.

Tarkempiin laskuihin magneetin voi olettaa dipoliksi, ja jos lasketaan viimeisen päälle, pitää integroida magneetin muotoisella alueella oleva dipolimomenttitiheys. Ellei erityisesti pidä matemaatisesta koodaamisesta, kokeileminen lienee helpompi tapa.

Joka tapauksessa aloittajan idea on susi, kuten on jo todettu. Ilman pyörimistä kestomagneetti ei levitoi, vaan kääntyy 180 astetta ympäri ja alkaa hylkimisen sijaan vetää alustaa. Diamagneettinen aine, esimerkiksi vesi, kuitenkin levitoi sopivassa magneettikentän gradientissa. Makroskooppisten kappaleiden leijuttamiseksi vaaditaan aika rajuja kentänvoimakkuuksia. Voisihan tuota joskus kokeilla marjalla tai hyytelöpisaralla. Rajusti vaan käämiä putken ympärille ja hitsausmuuntajasta 150 A virtaa. Kyllä se hetken kestää, käämin voisi vaikka upottaa veteen. En tosin näin laskematta viedä, riittääkö tuokaan.

Tuli tuosta mieleen, että eikö se tosiaan levitoi, jos neliömäisen alustan joka kulman laittaa magneetit kolmeen suuntaan N-navat ulospäin. Sitten tekee isomman laatikon, jonka seinissä ja pohjassa on vastaavat magneetit hylkimässä. Mutta ilmeisesti ei, jos joku on sen osoittanut mahdottomaksi. Perstuntuma ei aina ole paras neuvonantaja fysiikassa.

Vierailija

Tarkoituksena oli juurikin rakentaa kolmion muotoinen alusta, jonka kulmiin laitan magneetin. Se ehkäisisi juuri tuon magneetin ympäri pyörähtämisen. Mutta jos kerran olette sitä mieltä, ettei se voi mitenkään onnistua, taidan unohtaa koko idean.
Jos kuitenkin tuollainen rakennelma olisi mahdollista tehdä, varmasti joku olisi sellaisen tehnyt. En kuitenkaan ole sellaisia nähnyt, joten ehkä se taitaa olla ihan aikusten oikeesti mahdotonta tehdä. Mutta kiitokset kuitenkin valaisevasta teoriasta.

Vierailija
Hese
Tarkoituksena oli juurikin rakentaa kolmion muotoinen alusta, jonka kulmiin laitan magneetin. Se ehkäisisi juuri tuon magneetin ympäri pyörähtämisen. Mutta jos kerran olette sitä mieltä, ettei se voi mitenkään onnistua, taidan unohtaa koko idean.
Jos kuitenkin tuollainen rakennelma olisi mahdollista tehdä, varmasti joku olisi sellaisen tehnyt. En kuitenkaan ole sellaisia nähnyt, joten ehkä se taitaa olla ihan aikusten oikeesti mahdotonta tehdä. Mutta kiitokset kuitenkin valaisevasta teoriasta.

Tuolla asenteella emme olisi edes ryömineet rannalle vielä. Lilluisimme alkulimana jossain kiven kolossa.

Se on totta että tähänastiset teoriat ja kokeilut eivät tue stabiilia magneettista levitaatiota. Se ei kuitenkaan tarkoita ettei sitä mahdollisesti voitaisi saavuttaa. Pitää vain keksiä ja kokeilla jotakin mitä kukaan ei ole aikaisemmin kokeillut.

Osta suuri Geomag sarja (TM). Niillä voi kokeilla vaikka mitä. Älä kuitenkaan kokeile syömistä. Se on vaarallista. Tai yhden voi syödä. Kaksi vie tohtorin luokse.

Vierailija
Norppa
Tuolla asenteella emme olisi edes ryömineet rannalle vielä. Lilluisimme alkulimana jossain kiven kolossa.

Jos jätämme tuntemattomia asioita kokeilematta. Tämä nyt vastaa lähinnä ikiliikkujan rakentelua. Sekin on tietoa että tiedetään joku asia mahdottomaksi.

Huomatkaa että leijuttaminen on tosiaan mahdotonta ainoastaan pelkillä staattisilla magneettikentillä. Eli vapausasteiden poistaminen tai dynamiikan peliin pisto mahdollistaa leijuttamisen helposti. Tässä on paljon kokeilunvaraa.

Vierailija
Raivomielen Unet
Norppa
Tuolla asenteella emme olisi edes ryömineet rannalle vielä. Lilluisimme alkulimana jossain kiven kolossa.



Jos jätämme tuntemattomia asioita kokeilematta. Tämä nyt vastaa lähinnä ikiliikkujan rakentelua. Sekin on tietoa että tiedetään joku asia mahdottomaksi.

Huomatkaa että leijuttaminen on tosiaan mahdotonta ainoastaan pelkillä staattisilla magneettikentillä. Eli vapausasteiden poistaminen tai dynamiikan peliin pisto mahdollistaa leijuttamisen helposti. Tässä on paljon kokeilunvaraa.

Älä unohda suprajohteita...

Sekin piti olla mahdotonta.

Jos magneeteista tekee pallon ja pistää samat navat sisäkkäin. Keskelle pistetään poikkileikattu yksinapainen magneetti.

Sivut

Uusimmat

Suosituimmat