Lewitacja w polu magnetycznym

Pytanie

Pyta Maciej

czy jest taka możliwość żeby stworzyć magnes/elektromagnes taki który po ułożeniu przeciwnym biegunowi do ziemskiego do dołu tak aby się on unosił? bez dodatkowych czynników? jeśli jest to teoretycznie możliwe, to jakie powinny być współczynniki tego magnesu (wielkość, indukcja, ewentualnie liczba zwojów na cewce)?

Odpowiedź

Odpowiada Jan Gaj

Należy rozważyć dwa zagadnienia:

– po pierwsze, czy można wykonać magnes, który byłby odpychany z siłą równą jego ciężarowi?

– po drugie: jeśli tak, czy byłby to stan równowagi trwałej?

Rozważając pierwsze z nich pamiętajmy, że nie da się rozdzielić biegunów magnesu, a więc w polu jednorodnym sumaryczna siła działająca na bieguny będzie równa zeru. Jedyną szansą jest więc wykorzystanie niejednorodności pola ziemskiego tak, żeby na każdy biegun magnesu działała siła o innej wartości. Skala niejednorodności pola ziemskiego jest jednak bardzo duża, trzeba by więc albo wykonać ogromny magnes (wtedy byłby zbyt ciężki) albo uczynić go tak silnym, żeby wykorzystać znikomą różnicę między wartościami pola ziemskiego na małej odległości. Wygląda to na praktycznie niewykonalne.

W drugiej sprawie odpowiedź jest jednoznaczna: taki układ statyczny nie może być stabilny. Wynika to z twierdzenia Earnshawa, które dotyczy także stabilności układów elektrostatycznych. Można jednak ominąć tę trudność poprzez zastosowanie układu dynamicznego (wirującego). Wykorzystano to do konstrukcji zabawki zwanej lewitronem.

O twierdzeniu Earnshawa i lewitronie można przeczytać w artykule doktora habilitowanego Krzysztofa Byczuka w miesięczniku Delta z listopada 2006 r.