Как сделать магнитный мост
Оглушающий шепот, магнитный мост и застывшая тень
Уникальный образовательный проект для детей и взрослых «Умный музей» открылся в Кемерове. Новосибирские ученые и предприниматели создали его, чтобы сделать экскурсию в таком музее не просто увлекательной, но и по-настоящему познавательной. Причем, не только для детей, но и для взрослых. Одним из первых в «Умном музее» побывал корреспондент VSE42.Ru.
Сама идея «оживить» школьную физику или химию далеко не нова. Однако в новосибирском проекте, получившем название «Умный музей», она реализована настолько удачно, что вряд ли оставит равнодушным кого-то из посетителей. Независимо от возраста, образования или рода деятельности. Казалось бы даже самые простые и хорошо известные физические законы здесь представлены настолько доступно и, при этом, оригинально, что взрослые и дети уже через две-три минуты оказываются в каком-то другом мире, совершенно забыв о том, что еще недавно куда-то спешили и были загружены рутинными проблемами.
– Сам проект достаточно новый. Мы разработали его вместе с ученым из новосибирского Академгородка. Вскоре решили «откатать» наш музей в Казахстане. Там был очень большой успех. Эксплейнеры (так называются экскурсоводы «Умного музея» – прим. автора) работали чуть ли не без перерыва на обед. Настолько большим был наплыв желающих увидеть все наши экспонаты. А в России, получается, сейчас первая выездная экспозиция. Так что в Кемерове, по сути, премьерный показ, – рассказал один из основателей «Умного музея» Михаил Евдокимов.
По экспозиции можно бродить не один час. При этом время пройдет совершенно незаметно. С одной стороны, здесь, как говорится, есть на что посмотреть. С другой, практически каждый экспонат – это действующая научная модель, которую не просто можно, но и нужно трогать руками. Что, разумеется, особенно приятно.
В «Умном музее» несколько тематических залов, которые можно условно разделить на «магнитный», «воздушно-акустический», «световой», «цветовой» и «зеркальный». В общей сложности здесь порядка пятидесяти экспонатов, у каждого из которых можно с удовольствием провести несколько минут.
Разумеется, всех секретов экспозиции раскрывать в статье нет смысла, но все же остановлюсь на некоторых из них, чтобы стало понятно, что представляет собой «Умный музей».
Казалось бы, чем могут удивить привычные магниты. Они встречаются в быту настолько часто, что мы уже перестали на них обращать внимание. Но не создатели «Умного музея». И им удалось-таки сделать привычные магниты и магнетизм в целом едва ли магическим чудом, который не оставит равнодушным даже взрослых. А дети, уверен, будут просто в восторге.
Начнем с простого. Под прозрачным стеклом мелкая металлическая стружка. С помощью специального магнита эксплейнер создает из нее причудливые узоры и дает попробовать свои таланты в этом искусстве всем желающим. А потом начинается познавательная часть. Почем металлическая стружка складывается именно в таком виде, почему из нее формируются именно такие линии, почему стружка не собирается в бесформенную кучу? На эти вопросы и отвечает экскурсовод-эксплейнер.
Кстати. Интересный момент: посетители «Умного музея» просто «обязаны» задавать вопросы. По крайней мере, так написано при входе на экспозицию. Конечно, специально спрашивать вас никто не будет заставлять. Но, поверьте, у вас появится столько вопросов, что вы просто не удержитесь от того, чтобы спросить что-то вроде «почему это работает именно так?».
Следующий экспонат – магнитный мост. Тоже, казалось бы, простая идея, но реализована она очень, что ли, изящно и эффектно. Два особо сильных магнита на приличном расстоянии друг от друга. А между ними «ведро гаек». Посетителям предлагается построить из этих гаек мост. Причем произвольной конфигурации. Надо признаться, очень увлекательное занятие, когда на твоих глазах металлические детали накрепко «склеиваются» друг с другом. Настолько, что на импровизированном мосту можно даже поставить небольшую игрушечную машинку или человечка – конструкция легко выдержит.
Помимо этого есть, например, магнитный лабиринт, когда можно посоревноваться с друзьями или родителям с детьми, кто быстрее выкатит металлический шарик с помощью магнита «на свободу». Отдаленно, пожалуй, напоминает популярный ныне аэрохоккей, но в данном случае используется магнитное поле. Ну и, конечно, очень увлекательно.
Между двумя участниками эксперимента порядка 15-ти метров. Один из них тихо что-то шепчет, а второй при этом его отлично слышит. Чудо? Вовсе нет! Опять же физика и никакого колдовства. Эксплейнер «Умного музея» на этот раз демонстрирует физические законы распространения акустических волн.
Для того, чтобы едва слышимый шепот дошел до собеседника, находящегося на приличном расстоянии, «источник звука» всего лишь говорит это в специальную сферу (в данном случае это обычная параболическая спутниковая антенна), а «приемник» находится рядом с другой такой же сферой.
– Разумеется, каждый участник этого физического эксперимента пытается произнести что-то максимально тихо, чтобы второй человек его все-таки не услышал. Но это просто невозможно, поскольку даже самый тихий звук настолько усиливается, что второй участник все равно отчетливо слышит даже самый тихий шепот. А вот, например, если говорить громко, то голос без труда покроет расстояние порядка 300 метров в зоне прямой видимости двух сфер. При этом, чтобы быть услышанным собеседником, даже не придется особенно напрягать голосовые связки, – говорит Михаил Евдокимов.
Еще один экспонат позволяет понять, как работает такой популярный в настоящее время прибор как гироскоп. Например, именно на принципе работы этого прибора работают многочисленные гироскутеры, на которых любят прокатиться дети.
Простой, но опять же очень наглядный эксперимент. Человек встает на вращающуюся платформу и вытягивает перед собой в руках что-то типа моноцикла – колесо с рукояткой посредине. Затем эксплейнер раскручивает колесо в руках посетителя. Затем человек наклоняет вращающееся колесо влево или вправо, а платформа при этом начинает соответственно двигаться в противоположном вращению колеса направлении.
Затем экскурсовод объясняет природу наблюдаемого физического явления. А дальше, обычно, начинается батл. Особенно в нем нравится принимать участие детям. Если коротко, то кто быстрее сможет вращаться на этой подвижной платформе у кого «гироскоп круче», как сказал один из юных посетителей выставки.
Еще один по-настоящему удивительный экспонат – это «застывшая тень». Вот она-то точно не оставит равнодушным даже самого скучного взрослого. Суть этого чудо-аттракциона состоит в следующем. Человек заходит в абсолютно темную комнату, встает напротив стены, а перед ним вспыхивает яркий прожектор. Затем включается свет, и участник эксперимента видит, что на стене уже при включенном освещении осталась его… тень.
Разумеется, и здесь нет никакой магии – чистая физика и только. Просто поверхность стены покрыта светочувствительным материалом, который и «впитывает» попавшие на него фотоны света от прожектора. Причем, как рассказал Михаил Евдокимов, «тень» может оставаться на стене до нескольких минут, так что сказка про сбежавшую тень на деле оказалась вполне реальной историей, которую можно увидеть лично в «Умном музее».
Перечислять удивительные экспонаты «Умного музея» можно долго. Среди них и «зеркальная комната Да Винчи», и «волшебная» воздушная пушка, и весьма эффектный экспонат, с помощью которого можно «собрать» одно лицо из лиц двух человек.
Однако сколько не говори, все равно лично побывать в «Умном музее» и увидеть его экспонаты – иногда завораживающие, иногда интригующие, иногда даже немного пугающие – куда интереснее. Так что не теряйте времени и срочно в ТРЦ «Лапландия», где работает «Умный музей». Причем, большой компанией или всей семьей. Чтобы было не только познавательно, но и весело!
TemaSiberian › Блог › Электромагнитная подвеска
Ещё со времён Максвелла и Фарадея, основоположников теории применения электромагнитного поля в практических целях, конструкторы и инженеры постоянно пытаются расширить границы использования таких явлений как сверхпроводимость и магнитная индукция. Ведь это открывает широчайшие возможности перед человечеством.
Но только в 80-х годах 20 века явление электромагнетизма начали применять с практическими целями. В 1982 году был построен первый поезд, который передвигался на магнитной подушке и достигал скорости 501 км/час. Это и положило начало новых разработок, в том числе и в автомобилестроении.
1. В чем уникальность электромагнитной подвески. Автомобильная подвеска – это совокупность компонентов и механизмов, которые выполняют роль связующего звена между дорогой и кузовом. Автомобильная подвеска входит в состав шасси.
Электромагнитная подвеска, как и любая другая, выполняет такие функции:
1. Соединение колёс или мостов автомобиля с его кузовом или рамой.
2. Передача на несущую систему (кузов, рама) моментов и сил, которые возникают при взаимодействии колёс с дорогой.
3. Обеспечение нужного характера перемещений колёс относительно автомобильного кузова или рамы.
4. Обеспечение плавности хода автомобильного средства.
Автомобильные подвески состоят из таких основных компонентов:
1. Упругие составляющие, которые способны принимать и передавать силы в вертикальной плоскости.
2. Направляющие составляющие, которые формируют особенности перемещения автомобильных колёс, их связи между собой, а также воспринимают и передают боковые и продольные силы.
3. Амортизаторы, которые предназначаются для гашения колебаний несущей системы во время передвижения по дороге.
В обычных подвесках один элемент может выполнять сразу несколько функций. Но большинство современных подвесок – это крайне сложные конструкции, состоящие из множества элементов, каждый из которых имеет свой назначение. Такой подход помогает обеспечить очень хорошие параметры управляемости, комфортабельности, устойчивости автомобиля, его безопасности В электромагнитных подвесках подобные составляющие также присутствуют, но они усовершенствованы и модифицированы. В чём же особенности конструкции таких подвесок? Электромагнитная подвеска автомобиля представляет собой конструкцию, в основе которой лежит электродвигатель. Этот двигатель имеет два режима работы: как демпфирующий элемент и как упругий элемент. Режим работы определяет микроконтроллер. Таким образом, этот электродвигатель заменяет стандартный автомобильный амортизатор.
Уникальность электромагнитной подвески состоит в том, что она работает безотказно и имеет очень высокий уровень безопасности. В случае прекращения подачи электроэнергии в систему подвески, она способна переключиться в механический режим работы посредством системы электромагнитов. То есть, становиться обычной механической подвеской. При всём этом электромагнитные подвески очень экономичны с точки зрения потребления электроэнергии. Такая экономичность становиться возможной из-за того, что на обратном ходе электромагнита происходит выработка электроэнергии.
2. Как работает электромагнитная подвеска.
Многим, наверное, уже стало интересно, как работает электромагнитная подвеска. В основе работы электромагнитной подвески лежит принцип электромагнетизма, то есть зависимости электрического и магнитного полей.
Обычные механические подвески работают благодаря наличию пружин или упругих элементов. Гидравлические подвески используют в качестве рабочего элемента жидкость. Что касается электромагнитных подвесок, то в их конструкции используются электромагниты, от которых и произошло название подвески. Вся система управляется при помощи бортового компьютера (электронного узла), который в режиме реального времени снимает показатели с колёс и по всему периметру автомобильного кузова и посылает соответствующие команды на подвеску. Управлять электромагнитами намного проще, чем управлять жидкостью, пружинами и другими механическими элементами.
3. Виды электромагнитных подвесок.
Различают такие виды электромагнитных подвесок в зависимости от производителя:
1. SKF.
2. Delphi.
3. Bose.
Электромагнитные подвески SKF были разработаны в Швеции. В их основе лежит принцип простоты и надёжности. По конструкции подвеска SKF – это капсула, состоящая из двух электромагнитов. Когда транспортное средство находиться в движении, встроенный автомобильный бортовой компьютер анализирует датчики на колёсах и подаёт сигналы, изменяющие текучесть демпфирующего компонента подвески и создавая оптимальные условия для работы. В конструкции также присутствуют упругие элементы – пружины, которые обеспечиваю подвижность даже, если бортовой компьютер перестанет подавать сигналы.
Преимущества электромагнитных подвесок SKF:
1. При использовании подвесок этого вида, на автомобиле полностью отсутствует эффект, так называемого, «проседания» даже при длительной стоянке транспортного средства. Это достигается благодаря тому, что даже в неактивном состоянии аккумулятор продолжает питать элементы подвески.
2. Даже при отсутствии команд от бортового компьютера (к примеру, произошёл сбой в работе) подвеска сохраняет подвижность благодаря встроенным пружинам.
Электромагнитная подвеска от компании Delphi по своему внешнему виду – это однотрубный амортизатор. Этот амортизатор заполняется специальным веществом с магнитными частями размером от 5 до 10 микрон и электромагнитом. Вещество заполняет треть всего объёма амортизатора. Кстати, в амортизаторе присутствует спецпокрытие, препятствующее сливу магнитного вещества. В качестве электромагнита выступает головка поршня. А управляет этим поршнем бортовой компьютер.
Принцип работы такой подвески состоит в следующем. Когда магнитное поле воздействует на амортизатор, магнитные частицы вещества выстраивают упорядоченную структуру, что способствует увеличению степени вязкости жидкости и переходу амортизатора на другой режим работы.
Преимущества электромагнитных подвесок Delphi:
1. Такие подвески в десять раз быстрее реагируют на запрос от компьютера, чем системы с электромагнитными клапанами (скорость реакции – одна миллисекунда).
2. Невысокая потребляемая мощность (всего 20 Вт).
3. Подвески очень универсальны. Если электромагнит выйдет из строя и управляющий сигнал будет отсутствовать, то подвеска автоматически перейдёт на режим обычного амортизатора, который использует гидравлику.
В 1980 году профессор одного из американских университетов Амар Боуз, являющийся ещё и совладельцем корпорации Bose провёл расчёты и определил оптимальные параметры для автомобильной подвески. После длительных исследований получилось разработать новый тип подвесок – электромагнитные подвески Bose. Это изобретение считается настоящим прорывом в отрасли автомобилестроения.
Электромагнитная подвеска компании Bose считается лучшим решением, что касается всех электромагнитных подвесок. Как показали пробные испытания такие подвески почти идеально устраняют все возникающие колебания. Подвеска Bose – это линейный электродвигатель, который способен работать в двух режимах:
1. Как упругий элемент.
2. Как демпфирующий элемент.
Подобная идея не нова. Но именно в компании Bose её смогли реализовать лучшим образом и добиться подобного быстродействия и подобных характеристик. В конструкции подвески Bose предусмотрен шток, на котором закрепляются постоянные магниты. Эти магниты способны выполнять возвратно-поступательные движения по всей длине обмотки статора. Подобное решение не только гасит все колебания при движениях на неровной дороге, а также открывает новые горизонты для управления автомобилем. Например, можно запрограммировать бортовой компьютер так, чтобы на момент выполнения какого-то виража было задействовано соответствующее колесо.
Электромагнитная подвеска Bose ещё и способна выступать в роли электрогенератора. Когда транспортное средство движется по некоторому участку пути, все колебания из-за неровностей дороги конвертируются в электрическую энергию. Эта энергия собирается в аккумуляторных батареях и может использоваться в будущем. Что касается недостатков, то подвеска Bose – крайне сложный механизм. И для его управления необходимо специальное программное обеспечение, которое всё ещё разрабатывается. Из-за этого обстоятельства в серийном производстве подвески Bose пока что не реализованы.
Магнитный двигатель. Реальность против Иллюзии
Предыстория.
Итак, что мы имеем на сегодняшний день.
По запросу в поисковике, на тему «рабочий магнитный двигатель», выдается чуть меньше одного миллиона страниц. О чем это говорит? Скорее всего, это говорит о том, что только в России сотни тысяч человек смогли создать прототип, проверить его, испытать… Или?
Тут сам по себе навалился вопрос. Почему все знают, как сделать магнитный двигатель, а мы до сих пор заливаем бензин в наши авто, до сих пор вкладываем огромные деньги в развитие и поддержание атомных и гидроэлектростанций. Почему, все покупают дизельный электрогенератор на дачу, если есть магнитная альтернатива? Почему?
Я задавался этим вопросом долго, и каждый раз получал один и тот же ответ. Магнитный двигатель не выгоден нефтедобывающим корпорациям, производителям двигателей внутреннего сгорания, управляющим компаниям на электростанциях и т.д. Логично и понятно.
В интернете, да по знакомым, я нашел как минимум с пол сотни чертежей. Все они однотипные по принципу работу.
Сама расстановка магнитов, угол, размер и т.д. зависит от воображения создателя чертежа.
Все гениальное – просто!
Купил неодимовые магниты. Специально выбирал помощнее, чтоб уж запустить, так запустить. Теория магнитного поля более менее понятно. То есть, есть «Север», есть «Юг». «Север» притягивает «Юг», «Юг» отталкивает «Юг»
Я решил собрать опытный образец по принципу «Юг» отталкивает «Юг».
Итак, по материалу для сборки у меня получилось так:
1. Неодимовые магниты 20 шт. (Усилие на отрыв до 3,0 кг.)
3. Медная проволока (для экранирования «Севера», точнее снижения мощности. Полное экранирование не возможно.
4. Клей (и на всякий случай двух сторонний скотч)
5. Крепеж для магнитов
► Начал все с чертежа. Предварительно оценив силу магнита, решил, что при такой мощности хватит 8 штук на диск.
► Распечатал чертеж, вырезал, наклеил на диск, перенес с помощью канцелярского ножа рисунок непосредственно на диск.
► Изготовил медные скобы (для попытки минимизировать притяжение с противоположного полюса)
Каркас собран.
Но, к подшипнику крепить я его уже не стал. Конечно от досады и разочарования я навесил диск на карандаш и попробовал покрутить магнитом с целью привести в действие двигатель, НО, это уже было как бы для успокоения мозга.
Доклеив последний магнит, мне вдруг подсознание сказало: «Ну-ну… думаешь самый умный?»
За какую то доле секунду я понял, что двигатель не будет работать, даже не попробовав. Не только у меня, а вообще у всех, кто пытается его собрать по принципу толкать (или тянуть) с помощью магнитного поля.
Я это осознал так же ясно, как и то, что человек не может ходить по поверхности воды (хотя из далека кажется, что почему бы и нет))).
Бывают такие моменты в жизни – озарения. Когда вдруг становится понятно. Это, то самое «понятно», когда уже проверять не нужно.
Соответственно я выдрал магниты (потому что прикольные), конструкцию в мусорное ведро и пошел спать.
Утром, уже следующего дня, я сделал зарисовку взаимодействия двух магнитов, что бы ответить на вопрос, почему, мы до сих пор не можем перейти на магнитную тягу.)
Описание взаимодействия
1. На рисунке показано взаимодействие магнитных полей. При взаимодействии «Юга» с «Югом», магниты отталкиваются, но при этом, «Юг» притягивает «Север».
Простой эксперимент. Если взять два магнита, по магниту в каждую руку и направить их друг к другу одним зарядом, то создается отталкивающий эффект. Но при этом, каким бы сильным отталкивающий эффект не казался, магниты одновременно притягивают друг друга разными полюсами. В подтверждение этого говорит тот факт, что если отпустить один из магнитов, то он не улетит под действием отталкивающей силы, а мгновенно перевернется противоположным полюсом и прилипнет к магниту, который остался не подвижен в другой руке.
2. Как бы мы магниты не расставляли, взаимодействие между ними всегда происходит по обоим полюсам. «Юг» толкает, а «Север» в этот момент притягивает. Оба полюса по своей природе равнозначны, а само поле является одним целым. Поэтому, если так можно выразится КПД равен нулю.
А что если предположить, что при наличии однополярного магнита можно запустить двигатель.
Возможен ли однополярный магнит? С одной стороны многие утверждают, что это тоже самое, что палка с одним концом.
С другой стороны, по подсказке приятеля, нашел несколько статей на эту тему. Точнее есть вот такая новость:
——
Исследователи из Имперского Колледжа Лондон получили структуру, которая работает как однополюсный магнит, совершив подвиг, который не удавался ученым в течение многих десятилетий. Исследователи говорят, что их новое исследование, опубликованное в Nature Physics, делает их ближе к изоляции ‘магнитного монополя.’
——
Где его можно купить я не нашел. Но сделал «теоретический» рисунок. То есть как бы взаимодействовали два однополярных магнита в двигателе.
3. На картинке видно, что если мы построим двигатель на однополярных магнитах, по тому же принципу, то он так же не сможет крутится.
Получается это потому, что, для того чтобы магниты оттолкнулись друг от друга и продолжали это делать, каждый раз при сближении, во время вращения, магнит должен преодолеть сопротивление / торможение равнозначное по силе толчка.
В задачи группы входит:
1) Сбор информации;
2) Анализ информации;
3) Написание тематических статей;
Для активного участия в группе присылайте свои заявки в ПС Landgraf или Sarkey а также на почту anomalya@oko-planet.su
Интересные фото, видео материалы а также ссылки, присылайте кураторам группы.
Источник: s-13.
Понравилась статья? Подпишитесь на канал, чтобы быть в курсе самых интересных материалов