Ученые приблизились к разгадке антигравитации и подтвердили инновационную форму магнитной левитации

Прорыв основан на уникальной форме магнитной левитации, впервые продемонстрированной в 2021 году ученым Хамди Укаром, инженером-электронщиком из Göksal Aeronautics в Турции.

Обычно установка становится нестабильной при попытке сбалансировать два отталкивающих магнита для противодействия гравитации.

Однако в исследовании, опубликованном в журнале Symmetry , Укар показал, что, поместив магнит рядом с другим быстро вращающимся магнитом, другой магнит может вращаться и парить в воздухе.

В своем эксперименте Турок использовал левитрон с магнитом, прикрепленным к двигателю, вращающемуся со скоростью около 10 000 об/мин.

Когда второй магнит был расположен всего в нескольких сантиметрах ниже быстро вращающегося ротора, он также начал вращаться и достиг стабильного состояния левитации. Хотя магнитная левитация не является новой концепцией (наиболее известным примером являются поезда на магнитной подушке), существующие технологии используют механизмы медленного вращения или внешние стабилизаторы для управления мощными магнитными силами, которые позволяют им подниматься и двигаться.

Вместо этого установка Ucar опиралась на высокоскоростное вращение и уникальное взаимодействие между вращающимися магнитами.

Загадочное поведение левитирующих магнитов в экспериментах Укара озадачило его коллег, поскольку казалось, что оно противоречит фундаментальным принципам физики и установленным правилам взаимодействия магнитов.

Заинтригованные научной загадкой, доктор Расмус Бьорк и группа исследователей из Датского технического университета отправились на эксперименты по разгадке необычного явления.

«Магниты не должны плавать, когда они находятся близко друг к другу. Обычно они притягивают или отталкивают друг друга», - объясняет доктор Бьорк.

«Но если раскрутить один из магнитов, окажется, что можно добиться такой плавучести. И это странно. Сила, воздействующая на магниты, не должна меняться только потому, что вы вращаете один из них, поэтому кажется, что между движением и магнитной силой существует связь». Подход исследователей был двойным.

Первый заключался в воспроизведении результатов Ucar с использованием доступных материалов, таких как неодимовые магниты и электроинструменты.

Во втором, более сложном эксперименте ученые использовали технологию отслеживания движения, чтобы точно измерить частоту вращения поплавкового магнита.

Результаты оказались показательными. Эксперименты показали, что когда поплавковый магнит начал вращаться, он синхронизировался по частоте с магнитом ротора, приняв почти вертикальную ориентацию. Полярные оси двух магнитов, почти перпендикулярные друг другу, образовывали конфигурацию, которая обычно была бы нестабильной. Тем не менее, в этой конфигурации вращающееся магнитное поле ротора оказывало крутящий момент на поплавок, фиксируя его в стабильном левитирующем положении.

С помощью компьютерного моделирования, учитывающего магнитостатические взаимодействия между двумя магнитами, исследовательская группа утверждает, что разгадала бросающую вызов физике загадку антигравитации и подтвердила открытие новой формы левитации.

В статье, опубликованной в журнале Physical Review Applied, исследователи подробно описали, как вращающееся магнитное поле магнита создает крутящий момент, которому противодействует гироскопическое действие вращения левитирующего магнита

Этот хрупкий баланс сил обеспечивал стабильную левитацию, при этом магнитные силы создавали как притягивающую, так и отталкивающую составляющую, уравновешивая «плавающий» магнит в воздухе.

Результаты показали, что положение равновесия левитирующего магнита не противоречит законам магнитостатики, а обусловлено магнитостатическим взаимодействием между вращающимся магнитом.

«Оказывается, плавающий магнит хочет выровняться с вращающимся магнитом, но не может вращаться достаточно быстро для этого. И пока сохраняется эта связь, он будет плавать или левитировать», - объясняет Бьорк.

«Вы можете сравнить это с волчком. Он не будет оставаться в вертикальном положении, пока не будет вращаться, а фиксируется в этом положении в результате вращения. Только когда вращение теряет энергию, сила гравитации или, в нашем случае, толчок и притяжение магнитов становится достаточно большой, чтобы преодолеть равновесие».

В беседе с журналом Physics Magazine компания Ucar признала точность недавнего исследования и предложила дальнейшие улучшения моделирования, особенно с учетом роли вихревых токов. Тем временем команда Бьорка приходит к выводу, что эти токи в этом механизме левитации незначительны.

Помимо решения загадки, это недавно понятое взаимодействие между магнитными силами может открыть дверь в мир возможностей технологии магнитной левитации.

Некоторые эксперты, такие как Марсель Шук, генеральный директор и основатель компании No-Touch Robotics в Цюрихе, уже отметили, что система, использующая этот недавно открытый метод магнитного захвата и манипулирования, может упростить и улучшить существующие технологии магнитной левитации, а если идти дальше, становится возможным убрать в механизмах (типа карданных) передачи вращения напрямую, устранив трение, а соответственно и смазку.

Если заглянуть ещё дальше, то можно представить огромную платформу-станцию на орбите Земли с вращающимися электромагнитами, "вытаскивающую" космические корабли за пределы земной гравитации без использования реактивной тяги...

источник