Левитация в магнитной мешалке ● 1
Вставка
- Опубліковано 27 лис 2019
- Если налить в стакан магнитной мешалки жидкость с большой вязкостью, то на высоких оборотах магнит внутри стакана зависает над его дном и совершает сложное колебательное движение.
Ключевые слова: Magnetic Levitation IYPT 2020
Наш канал с дополнительными материалами
t.me/getaclass_channel
Новосибирский Государственный Университет
www.nsu.ru/n/
Физический факультет НГУ
Снова очень интересно. Надо подумать. Появилась абстрактная идея по объяснению эффекта левитации, а из нее следует и почему жидкость должна быть вязкой. Идея такая: поскольку при приближении разноименных полюсов стержень дергается навстречу мешалке, а при приближении одноименных - от нее (что само по себе кажется понятным), то получается, что притяжение длится меньшее время, чем отталкивание, из-за сложения скоростей. Если так, то вязкость нужна чтобы стержень не проворачивался за мешалкой.
И продолжение после дополнительного размышления. Из эксперимента видно, что даже в вязкой жидкости магнит не может подняться, если находится на слишком малой высоте над мешалкой. Наверно, на малой высоте ему не хватает вертикальной составляющей силы отталкивания. Похоже, есть некая критическая высота, ниже которой он тонет несмотря на вращение мешалки. В менее вязкой жидкости может случиться то, что пока магнит «ждёт» следующего прохождения под ним полюсов мешалки, он утонет слишком глубоко, ниже этого критического уровня.
@Андрей Щетников И ещё есть идея сделать двумерную численную модель без вращения. Вдруг качественно воспроизведет эффект. Заряд q в вязкой среде, на него действует сила mg. И под ним движется цепочка из положительных и отрицательных зарядов.
@Андрей Щетников Да, замечательная у вас идея с потенциалом. Наверно, даже с ним задача получается сложная. Интересно будет посмотреть результат. Здорово, что наши обсуждения к чему-то привели. А у вас учитывается инертность частицы? Или вектор v сонаправлен с вектором F?
Я тоже продолжаю заниматься этой магнитной левитацией, только в направлении стабильности...
@Андрей Щетников Да, действительно
в воде или масле будет создаваться воронка(как смерч) до самого дна, и магнит по этой воронке(а по сути - по воздуху) опустится на дно, т.к. большая часть магнита будет в воздухе, а за жидкость будут цепляться только края магнита
Может, менее вязкие жидкости просто раскручиваются и не тормозят магнит?
Классно!
Смешав глицерин с водой вы получили неньтоновскую жидкость. (Хотя, можно было взять чистый глицерин, но он уж очень вязкий.) Такие жидкости оказывают нелинейное сопротивление движению в них. (То есть движемся в воде в 2 раза быстрее - сопротивление в 2 раза больше (ну или почти в 2 раза)), а неньютоновской движемся в 2 раза быстрее - сопротивление в 4 раза больше (+/-) . Мешалка, двигаясь в неньютоновской жидкости никогда не достигнет скорости якоря (чем больше будет скорость якоря - тем больше будет фазовое отставание мешалки). И, как описано в математической модели в ролике 3:43 - 4:25, мешалка постоянно подвергается воздействию равнопеременных и равноуравновешенных импульсов - то вверх, то вниз. По моему мнению, именно эти силы удерживают её в "левитации", а почему она взлетает: импульс, приложенный на 1:21. А почему этого не происходит в смеси воды и подсолнечного масла - эти жидкости не смешиваются, а могут образовать только эмульсию, которая неньютоновской жидкостью не является. Поправьте меня, пожалуйста, если я где-то не прав.
Жидкость должна быть вязкой и "цепляться" за стенки и дно стакана и довольно сильно тормозить магнит. А вода и масло не такие вязкие, поэтому они сами по себе не сильно тормозят магнит, да еще и начинают вращаться с ним по всему объему, что еще сильнее уменьшает сопротивление.
Есть 2 момента взаимодействия магнитов. Первый на притяжение, второй на отталкивание.
Из стимуляции видно, что траектория во время отталкивания длиньше, чем притяжения, а так как жидкость вязкая, то и скорости +/- одинаковые. Значит и время на отталкивание больше.
ИМХО
Обычная немагнитная мешалка ака миксер с приводом через вал (вал который имеет степень свободы к перемещению вверх-вниз) видимо также себя будет вести. но в отличии от этого эксперимента, в нём можно будет изменять амплитуду и частоту дрыганий, задавать несинусоидальные дрыгания , тем самым параметризуя эффект в более научной манере )
А у бабочки левитация не только устойчива, но ещё и управляема более-менее в большом )
Магнит мешлки отталкивает одноименный полюсь якоря и создает торсионное вращение, которое переворачивает якорь,
Увеличивая скорость мешалки вы уменьшаете силу передаваемую магнитом мешалки якорю.
Когда ее станолвится недостаточно чтобы полностью перевернуть якорь, но достаточно чтобы наклонить его обратным полюсом к другой стороне якоря, магнит мешалки начинает отталкивать его и этим полюсом, обращая вспть торсионное вращение и так по кругу.
(теретически) ламинарный вихрь вязкой жидкости должен стабилизировать плавучий предмет по горизонтали в нижней части стакана, смещая своим течением твёрдой плавучий предмет к оси стакана, а вынужденные колебания магнита противофазны колебаниям внешнего переменного магнитного поля (из-за сил механической инерции) поэтому колеблющийся магнит на частоте колебаний (частоте вращения) внешнего магнитного поля подобен магнитному элементу димагнитного вещества и в среднем за период вынужденного колебания отталкивается от внешнего вращающегося магнита (создающего неоднородное вращающееся магнитное поле) - эта сила отталкивания является фактором стабилизации по векртикали
Чем более вязкая жидкость, тем большее сопротивление она оказывает. Оказывает сопротивление как падению магнита, так и его вращению, а еще ускоряет затухание тех возмущений, которые вызывает мешалка в жидкости. Как не физику, мне кажется, что вязкость так и стабилизирует систему, уравновешивая силы, которые действуют на постоянный магнит (как эквалайзер, который отсекает лишние частоты :)). Но очень интересно узнать правильный ответ.
Еще подумал что магниты притягиваются друг другу с определенной силой, но когда начинает вращаться нижний магнит, то часть молекул проникает с определенной скоростью подно магнита верхнего, и образуется такой вихрь который поднимает магнит на верх, но как было сказано в ролике возникают такие условия при которых верхний магнит не успевает за нижним, это становится похожим на ливитацию.
скорость погружения в жидкость меньше скорости вращения + переменное выталкивание из жидкости при совпадении одноименных полюсов
мне кажется что когда вы подняли стакан то магнит оказался Над тороидной формой магниного поля нижнего магнита (при бистром вращении его поле размазывается в доль направления вращения)
но в отличии от класической левитации с круглыми магнитами - тут ефект вероятно проявляется намного слабее, так что только в вязкой жидкости его можно наблюдать +\- стабильно
Магнит успевал преодолеть вязкость и вращался вместе с основным магнитом?
Я думаю, при таком движении магнита в жидкости возникают зоны сжатия и разрежения. В зонах разрежения возникает явление кавитации. Через небольшое время образующиеся пузырки схлопываются, при этом температура, как известно может достигать огромных значений. Такая высокая температура приводит к тому, что небольшие количества дейтерия и трития в жидкости вступают в реакцию холодного термоядерного синтеза. Выделяющаяся при этом энергия (равная дефекту масс в реакциях ХТС) разогревают жидкость и возникает восходящий конвекционный поток жидкости, увлекающий магнит вверх. Также нельзя исключать эффект Магнуса.
Думаю влияет плотность и размер молекул. Магнит в менее плотных жидкостях просто не может оттолкнуться.
Почему не было левитации в менее вязкой жидкости можно сказать предварительно разобравшись почему она была в более вязкой жидкости. Из ролика я не понял почему наблюдается левитация.
Я вспомнил, что в ютубе есть ролик с такой же левитацией на воздухе. Не знаю корректно ли будет давать ссылку на другой канал. Там раскручивали магнит и над ним вешали другой магнит, который раскручивался как волчок. Скорость волчка меньше, поэтому происходило проскальзывание. Вероятно, в этом проскальзывании магнитов кроется объяснение эффекта.
Там тоже автор не мог толком объяснить явление. Внизу крутился кольцевой магнит и у него в центре есть как-бы "ямка", а верхний магнит не мог перевернутся, т.к. удерживался моментом вращения. Но нижний магнит не имел один полюс к верху, а полюса было два. Вот и не получалось объяснить почему верхний магнит не притягивается ко второму полюсу.
Можно предположить, что верхний магнит по какой-то причине смещён от центра оси вращения нижнего магнита и висит преимущественно над "своим полюсом".
@@schetnikov посчитайте среднее расстояние между выбранным полюсом верхнего магнита и каждым полюсом нижнего магнита за долгий срок в вашей 2Д модели. Вероятно, расстояние со своим полюсом будет меньше.
@@schetnikov спасибо. Ваше видео позже посмотрю, полагаю оно будет того же плана. Так что свою ссылку давать не вижу смысла.
Так а нам-то что со своими соображениями делать? И поделиться хочется, и юным физикам не слишком подсказывать)
Когда вы подняли стакан с мешалкой и отпустили его , то резкое отталкивание подняло мешалку вверх и магнит то притягиваясь и отталкиваясь застревает на месте , скорость вращения магнитной подложки слишком большая и магнит только притягиваясь уже отталкивается
Тот же эффект когда и маятник зависает перпендикулярно опоре ..) Как он называется я конечно же не помню )))
Я думаю, это происходит за счет резких движений в вязкой среде. Это то же самое как видео где чувак бегал по бассейну, который заполнен жидкостью очень высокой вязкости.
У меня в моем аппарате вихревого слоя АВС это называется вихревым слоем!!! Из-за того что идёт перемагничивание частицы отстают от поля за счёт чего возникает магнитострикционное колебание
тут то постоянный магнит не перемагничивается
Не знаю, но скорее всего как было написанно другими пользователями все связанно с вязкостью масла и воды, из - за образования вихрей, которые существуют не долгое время, магнит взаимодействует с вихрями которые его тормозят. Также насколько я помню, что молекулы воды полярны.
Предполагаю, что более быстрая мешалка сможет заставить левитировать магнит и в воде тоже.
ну когда магнит отталкивается на поверхности образуются волны которые рассеиваются на воздухе,когда магнит притягивается волна с созданым давлением ударяет в дно и наверно по пути на верх выталкивает магнит
Подушка!
Выталкивающая сила?
Из за вяской житкости и из за сложново движение которое создоот магнит. Магнит создоёт этим движением вибразии особой честоы и эти волны в вяской житкости помагают удерживатса на плову в этой вяской сриде. А вода имеит меньшую плотнасть там надо другую честату калебаней штобы удерживать такой вес. Ето мои мысли к этой теме.
Причина, собственно, во вращении и есть. Когда он вращается - он создает разрежение на дне, расталкивая жидкость к стенкам, сам же в этой области пониженного давления и лежит. В случае с вязкой жидкостью, которая мешает его вращению, никакого разрежения уже не создается и он может плавать где угодно махая своими концами.
Уважаемая редакция, тогда уж и безо всяких вязких жидкостей, подобную левитацию обсудите - ua-cam.com/video/zQ23j1hB-1o/v-deo.html
Я предполагаю, что дело может быть в электрическом токе, которой генерируется в левитирующем магните. Он ведь не только магнит, а и проводник, а значит, если поочерёно через него проходят магнитные поля, то генерируется электрическая энергия.
Необходимо понять, какие заряды создаются и как взаимодействуют эти заряды с магнитом мешалки. Возможно заряды, перераспределяются под воздействиям собственого магнитного поля левитирующего магнита, возможно нет...
Но, всёже, Я предполагаю, леветация результат создания зарядов тока, в малом магните.
А вязкость просто тормозит магнит.
Для изучения предполагаемых токов, необходимо, к краям магнита(в длину) припаять гипкие проводки, и вывести их на вольтметр. А дальше провести эксперемент, разместившы магнит во вязкости, та поставить на магнитную мешалку.
Можно просто закрепить магнит, с вольметром, возле вращающегося магнита, та проверить, будет ли, генерироватся ток.
Также можно провести эксперемент, заменивши магнит, на другой проводник.
В вязкой жидкости архимедова сила больше. Скорость тела уменьшает его вес. Магнит не тонет потому что его удерживает архимедова сила.
И еще подумал самое простое почему магнит не проявляет эффект гидроливитации потому что плотность воды и масла таковы , что магнит погружается полностью на дно, и сила давления столбов подобных жидкостей такова что магнит прижимается ко дну сосуда.
Потому что их плотность не достаточна, для того, чтобы тормозить мешалку в стакане так сильно.
Ощущение, что магнит не падает потому что плавает. В менее плотной среде колебаний видимо не достаточно для отрывания от дна.
плотность жидкости
Андрей Щетников вязкость .
нужно было не останавливаться на этом и продолжить, делов на 5 минут, а выводы после них можно сделать много обещающие, например:
немного увеличить обороты и увидеть что колебания(дерганье) магнита стали меньше, а если уменьшать обороты, то колебания будут возрастать до прокручивания магнита и он утонет...или все наоборот...не кто не узнает пока не попробует...
кстати, что там с экспериментами? за год уже есть какие то догадки по поводу этого "парадокса"?)
@@schetnikov спасибо за видео, но там нет самого интересного, увидеть как изменяются его колебания при увеличении и уменьшении оборотов, например:
+1 оборот в секунду и видим что его колебание увеличивается или уменьшаются, если 1 оборота мало, то добавить 10...100...
я недавно видел ролик со звуковой левитацией, там стоячие волны или что, не помню, но смысл наверное тот же
бросте квадратный магнит, а не в форме бревна и всё станет на свои места как мне кажется
А ребята просто хотели смешать глицерин с пропиленгликолем, для вейпа😁
Ох уж эти британские учёные....
Буду мешать жижку для вейпа - обязательно проверю
блин, я один смотрю эти опыты скорее ради мужика, который рассказывает?