غلبه بر جاذبه و شناور ماندن با آهن‌ربا

غزال زیاری: این آزمایش اولین بار در سال ۲۰۲۱ توسط حمدی اوکار، یک مهندس الکترونیک اهل ترکیه و یکی از اعضای تیم تحقیقاتی در دانشگاه فنی دانمارک انجام شد. آنها مفهوم مقابله با جاذبه را گسترش دادند و در ماه اکتبر نتایج یافته‌هایشان را منتشر کردند. در این پژوهش آنها نشان دادند که چقدر ایده تولید و تکرار کار ساده‌ای است و در عین حال نشان دادند که دنیای شگفت‌انگیز و غیرمنتظره فیزیک تا چه حد باعث می‌شود تا کل فرآیند به درستی انجام گردد.

شناور مغناطیسی که گاهی مگلو نیز نامیده می‌شود، در سرتاسر جهان و در همه چیز، از قطارهای شناور گرفته تا ماشین آلات پرسرعت دیده می‌شود. اما شناور تثبیت شده با چرخش می‌تواند کاربردهای آینده شناور را به لطف سازگاری آن با طراحی بدون تماس ساده کند. سبک‌های فعلی مگلو، به سیستم‌های کنترلی برای تامین نیروی مغناطیسی و هدایت جریان‌های انرژی نیاز دارند؛ در این رویکرد فقط باید یک آهن‌ربا به چرخش در بیاید تا دیگری را در جای خودش نگاه دارد.

رقص آهن‌رباها

راسموس بیورک، سرپرست این مطالعه و فیزیکدان دانشگاه TU-Denmark در این باره گفته:« آهن‌رباها زمانی که در نزدیکی هم هستند، نباید شناور شوند. آنها معمولا همدیگر را جذب یا دفع می‌کنند. ولی اگر یکی از آهن‌رباها را بچرخانید، می‌توانید به این حالت معلق شدن دست پیدا کنید. این بخش عجیب ماجراست. چرا که نیرویی که بر آهن‌رباها تاثیر می‌گذارد، نباید فقط به دلیل چرخش یکی از آنها تغییر کند. در نتیجه به نظر می‌رسد که بین حرکت و نیروی مغناطیسی یک اتصال وجود دارد.»

آهن‌ربای روتور، چرخش را انجام می‌دهد. اگر یک موتور بتواند آهن‌ربای روتور را به حرکت درآورد، قادر خواهد بود تا وظیفه معلق نگه داشتن آهن‌ربای دیگر که فلوتر نامیده می‌شود را انجام دهد. طبق گفته نویسندگان این مقاله:« ما دریافته‌ایم که وقتی حالت شناور شدن اتفاق می‌افتد، فرکانس آهنربای فلوتر با آهنربای روتور قفل شده و به طرز قابل توجهی، مغناطیسی شدن فلوتر جهتی نزدیک به محور چرخش و به سمت قطب آهنربای روتور خواهد داشت.»

اما چرا؟ برخلاف آنچه ممکن است از قوانین مغناطیس استاتیک انتظار برود، معلوم می‌شود که فلوتر مغناطیسی شدن خود را عمود بر میدان مغناطیسی روتور تراز می‌کند. بیورک در این باره گفت:« این حیرت‌انگیز است که شناور مغناطیسی در چنین سیستم نسبتا ساده‌ای ایجاد می‌شود.»

این کشف بدان معناست که فلوتر می‌تواند به لطف تعامل، به شکلی باثبات و پایدار معلق شود. فردریک لاست دورهاس، سرپرست مطالعه و فیزیک‌دان TU-Denmark در این باره گفت:« این برای افراد خیلی حسی و شهودی است که نیروی مغناطیسی استاتیکی که یک آهن‌ربا بر آهن‌ربای دیگر اعمال می‌کند، می‌تواند هم جاذب و هم دافع باشد.»

بیشتر بخوانید:

بدون چرخش، آهنربای آزاد، خواهد چرخید، پس نیرو کاملا جاذبه خواهد بود و در نتیجه آهن‌رباها به یکدیگر برخورد می‌کنند. آنچه باعث خاص‌تر شدن سیستم شناور مغناطیسی جدید می‌شود، این است که این چرخش به خودی خود به فلوتر این امکان را می‌دهد تا وضعیت متناقض خود، تقریبا عمود بر میدان شناور را حفظ کند؛ جایی که نیروی مغناطیسی هم آن را جذب و هم دفع می‌کند.»

چنین تنظیمی می‌تواند برای همه چیز، از به دام انداختن مغناطیسی ریزذرات گرفته تا کاربردهای روباتیک بدون لمس، کاربردی باشد و همه اینها به لطف تنظیماتی است که در مقایسه با سیستم‌های متکی به جریان، بسیار ساده شده‌اند.

بیورک در این باره ادامه داد:« نکته کلیدی در آزمایش ما در نشان دادن شناوری مغناطیسی این است که درک آن بسیار ساده است.»

منبع: popularmechanics