Как возможна стабильная левитация?

Этот вопрос относится к видео в этом сообщении в блоге: http://www.universetoday.com/90183/quantum-levitation-and-the-superconductor/

У меня следующий вопрос: как диск устойчив в своем левитирующем положении?

В частности, на 25-й секунде видео экспонент переворачивает все вверх дном, и диск не падает. Это противоречит двум моим интуитивным идеям:

  1. С правой стороны гравитация противодействует отталкивающему эффекту магнита. В перевернутом положении с ним работает гравитация. Если где-то еще не происходит какая-то адаптация, не должно ли быть достаточно «переключения сил гравитации», чтобы оторвать диск от магнита?

  2. Я вспомнил кое-что о силах обратных квадратов, не допускающих устойчивых равновесий из физики колледжа — конечно же, Википедия называет это теоремой Эрншоу. Я не понимаю, как это освобождается от этого правила. Наверное, я не понимаю диамагнетизма.

Любое проводящее вещество при перемещении в магнитном поле будет испытывать вихревые токи, вызывающие сопротивление и рассеивание энергии, поскольку материал имеет сопротивление токам, выделяющим тепло. В сверхпроводнике этот эффект на стероидах. Сопротивление настолько сильное, что кажется, что проводник запирается в поле. Нет?
Я понимаю устойчивое равновесие применительно к объектам под действием одной силы, как система масса-пружина без эффектов гравитации или трения. Устойчивое равновесие - это когда линейная сила пружины не действует на массу. Другой пример — сбалансированный объект. Скажем, я уравновешиваю конус на его вершине на столе. Он находится в статическом равновесии под действием силы тяжести (при классическом подходе). Так что я не думаю, что теорема Эрншоу применима к этому, потому что диск подвержен как гравитации, так и действию магнита.
@MikeDunlavey: Думаю, я понял вашу мысль: дело не в том, что диск отталкивается магнитом, а в том, что диск не хочет двигаться относительно магнита. Потому что если бы это было так, то этому движению противодействовали бы огромные вихревые потоки. Тот факт, что все еще существует небольшое сопротивление, означает, что экспонент может использовать свою руку, чтобы перемещать диск в поле и из него.
Исследователь на видео из Тель-Авива очень конкретно указывает, что это не магнитная левитация, а квантовая блокировка.
@Anonymous: Я так и думал, но на самом деле мне больше нравится объяснение Франка.

Ответы (2)

Я пытался добавить это как комментарий, но он слишком длинный, поэтому вместо этого я делаю это ответом. Это не мой текст, а текст одного из комментаторов видео:

  • «Сверхпроводники бывают двух типов, которые определяются их эффектом Мейснера. Один тип отталкивает магнитные поля, которые поднимают сверхпроводящий объект. Сверхпроводник типа I становится идеальным диамагнитным материалом, который проявляет намагниченность в направлении, противоположном приложенному магнитному поле.Эффект Мейснера создает полностью диамагнитный материал, так что в этом материале отсутствуют силовые линии магнитного поля.Я сомневаюсь, что это поднимет объект против гравитации, положив его на дно, поскольку магнитные поля в противодействии будут оказывать силу на сверхпроводник в том же направлении, что и гравитация.

    Существует то, что можно было бы назвать эффектом антимейснера, когда сверхпроводящий материал коллимирует линии магнитного потока в узкие трубки или вихревые потоки. Если магнитное поле в целом не является совершенно однородным, для перемещения объекта через магнитное поле требуется работа, и поэтому энергетически выгодно оставаться в области, где B_in и B_out остаются неизменными. Это эффект Ландау-Гинзбурга, который встречается в сверхпроводниках второго рода. Я думаю, что это случай сверхпроводника второго рода».

Мне это кажется правильным и объясняет, что подразумевается под квантовой блокировкой, поскольку сверхпроводимость — это макроскопическое квантовое явление, которое эффективно блокирует магнитный поток в определенных трубках в сверхпроводнике. Сила, противодействующая гравитации, конечно же, является магнитной, поэтому мы не говорим о какой-либо новой силе природы.

Когда он использует свою руку для перемещения сверхпроводника, он прикладывает достаточную силу, чтобы переставить магнитные трубки, но, по-видимому, сила гравитации достаточно слаба, чтобы сама по себе не могла переставить магнитные трубки. Поэтому я предсказываю, что если вы добавите достаточно веса к шайбе, она упадет :)

Ваше объяснение имеет больше смысла, чем мое.

За этим стоит простой трюк. Посмотрите внимательно на видео, сверхпроводящий диск парит над несколькими маленькими магнитами. Магниты расположены в шахматном порядке:

+ - + - + -

- + - + - +

+ - + - + -

Теперь нарисуйте линии магнитного потока для этой конфигурации. В основном это будет выглядеть как множество колец, входящих и выходящих из магнитов. С этой конфигурацией вы уже можете левитировать небольшой кусочек графита из-за высокого диамагнетизма. В случае сверхпроводника 2-го типа диск запирается над магнитом еще одним явлением: как уже упоминал Франк, силовые линии проникнут в сверхпроводящий диск, если вы приложите к нему усилие в этом положении. Из-за небольших примесей у вас будут области в материале, которые не являются сверхпроводящими, и линии потока будут прилипать к этим областям. Это энергетически наиболее выгодное состояние.

Если вы попытаетесь сдвинуть диск, эти потоковые линии должны пройти от места примеси через материал и создать небольшие несверхпроводящие области, что энергетически невыгодно (вы теряете энергию конденсации в этих областях).

Блокировка линий потока может быть намного сильнее гравитации и уже используется для левитации поездов ( Маглев ).

Из вики-ссылки на Maglev: ...Системы EMS полагаются на активную электронную стабилизацию. Такие системы постоянно измеряют пеленг и соответствующим образом регулируют ток электромагнита. Все системы EDS являются движущимися системами (ни одна система EDS не может левитировать поезд, если он не находится в движении). Если сверхпроводящие магниты используются в поезде над путями, сделанными из постоянного магнита, то поезд будет заблокирован в своем боковом положении на путях. ... Это связано с эффектом Мейснера. --- получается, что ни один из поездов Маглев не использует технологию сверхпроводников 2-го типа.
@FrankH: Да, для поездов на маглеве существуют разные системы подвески. Эффект блокировки сверхпроводника 2-го типа был использован в этом прототипе поезда: Supratrans , я не уверен, использовался ли он уже в больших коммерческих поездах.
@FrankH Я думаю, вы неправильно читаете эту статью в вики. Кроме того, все высокотемпературные сверхпроводники относятся ко II типу; любое крупномасштабное применение СЭ типа I обычно совершенно неосуществимо, так как необходимо охлаждение жидким гелием.
Как возможна стабильная левитация?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v