No s’utilitzava cap Photoshop ni cap línia de pesca per fer aquesta imatge, només la física 100% pura i una mica de paciència. Aquest manual explica com podeu construir el vostre propi top flotant en l'aire com un OVNI.
Subministraments:
Pas 1: Visió general del vídeo
Pas 2: Teorema d'Earnshaw
Alguna vegada has intentat aixecar un imant amb l’ajut d’un altre imant? Sembla molt fàcil: ja que els imants es poden repel·lir, és probable que pugueu posar un munt d’amics en cercle de manera que empenguin igualment l’altre imant cap al centre del sistema. O potser, fins i tot, construir una esfera de imants que suspensia un altre imant al centre. Però, si això és tan fàcil, per què és tan difícil construir trens que utilitzen la levitació magnètica? Si proveu aquests mètodes "fàcils" trobareu que tots no funcionen. De fet, el 1842, el matemàtic britànic Samuel Earnshaw va demostrar que, de fet, no es pot suspendre un imant regular a l'espai amb l'única ajuda d'altres imants regulars de forma estàtica al seu voltant. Bé, ell no va demostrar exactament això, però això segueix el seu teorema original. La prova del teorema conté massa lletres gregues per explicar-ho en aquesta instructable breu, així que confiem en aquells nois intel·ligents que tripliquen i ho han trobat correctes.
Per tant, és impossible suspendre un imant a l'espai utilitzant només un munt d'altres imants. Però mireu el vídeo. Hi ha un gran anell de ceràmica i un altre imant que també és un topall. I si giro cuidadosament el segon imant per sobre del primer, segur que es quedarà a l'aire. Com és possible ?! Parlem d’aquest i d’altres espitlleres en el teorema d’Earnshaw i realitzem alguns dispositius de levitació magnètica. Això serà genial!
Pas 3: Lletra de materials
En realitat, és molt fàcil construir aquest topall de levitació. A continuació, podeu trobar la factura exacta dels materials que vaig utilitzar. Es pot utilitzar com a referència per replicar exactament la meva configuració:
* El gran imant és en realitat una pila de dos imants de 115x45x20mm: http://www.magnet4sale.com/ceramic-magnets-ring/
* El petit imant és extret d'un imant de tassa d'1,42 ". Per agafar un imant ceràmic de la copa, el poso en aigua calenta durant 20 minuts per afluixar la cola i, a continuació, es retira amb un tornavís i es va treure com es mostra al vídeo i es va explicar més en aquest pas instructiu # 6.
A més d'això he utilitzat
* Tija de fusta de 6,56 mm (1/4 ") de Michaels
* Raïm de cautxú i llautó (és a dir, rentadores no magnètiques) de Home Depot (Lowes té una millor selecció de rentadores de goma, Home Depot té més de llautó). De fet, per a aquesta configuració exacta usava només una rentadora de 32 mm de diàmetre i 1,3 mm de gruix. Totes les altres rentadores de llautó no eren necessàries en la versió final.
* Contenidor de plàstic del vostre armari per cobrir el gran imant. Vaig utilitzar un contenidor de 12 mm de diàmetre i de 78 mm de diàmetre de Rubbermaid.
* Full d'alumini o plàstic (és a dir, no magnètic) de Lowes
* Bona cinta elèctrica
Tot plegat m'ha costat uns 30 dòlars aproximadament.
Pas 4: envàs de plàstic ?! De debò? !!
El contenidor de plàstic és necessari per protegir els imants l'un de l'altre. No importa el grau de cura que s’aconsegueixi, la part superior continuarà caient i finalment colpejarà l’imant. Cada cop que això succeeix, els estampats cauen de petites patates afilades. A més de cobrir el vostre lloc de treball amb pols magnètica potencialment perillosa per a l'electrònica, també arruïnen tots els vostres esforços per afinar la part superior. No vol que això i la millor manera de prevenir-ho sigui cobrint el gran imant amb un recipient de plàstic.
Pas 5: El pes de l'alçada
Una altra funció del recipient de plàstic és ajustar la distància entre la part superior i la gran imant. Com es pot veure al vídeo, aquesta distància és molt important per a un èxit inicial. La part superior del recipient (més el full) ha d'estar molt a prop de la posició on l'imant gran deixa de repel·lir la part superior i comença a atraure-la. De fet, fins i tot es pot moure el petit imant al llarg de la tija superior per calibrar aquesta distància amb precisió. Si intenteu girar la part superior a la part superior del contenidor correctament ajustat, en realitat s'estabilitzarà durant 5-6 segons i girarà absolutament recta.
Pas 6: recuperació de l'imant més petit
El petit imant que tinc va ser a l'interior d'una tassa d'acer. Per extreure l'imant de la copa el vaig xopar en aigua calenta durant aproximadament 20 minuts i després vaig fer servir un tornavís per treure i treure l'imant.
Pas 7: Feu la part superior
Utilitzeu la punta per convertir l’imant de disc petit en una part superior. Vaig tallar aproximadament 32 mm de la punta i va polir un extrem amb un poliment de paper per donar-li alguna cosa semblant a la forma parabòlica i fer-lo més suau.
Si està exactament seguint les especificacions de rtfms.com, afegiu la renta de goma per obtenir un pes aproximat de 12,5 grams. Assegureu-vos que poseu un separador no magnètic entre la part superior i l’escala, en cas contrari, les parts metàl·liques de l’escala atrauran l’imant i el pes mesurat serà inexacte. Vegeu el vídeo per obtenir més informació.
Pas 8: Feu la base
Atès que estic utilitzant dos imants més petits per a la base en lloc d’un gran, és el pas on els apileixo. No només poseu-ne un sobre un altre: danyareu els imants i els dits. En lloc d'això, feu lliscar l'imant superior a sobre de l'altre. Si no funciona i els imants es repelen, feu un dels imants i repetiu l’intent. Podeu saltar aquest pas si teniu un imant gran.
Cobreixi el gran imant amb el recipient, poseu el full d’alumini a la part superior i la base estigui llesta.
Pas 9: Ajusteu l’orientació i l’altura de la base
Ara és el moment d’uns quants passos amb molt de text i sense imatges. És realment difícil explicar problemes dinàmics amb text estàtic, així que comproveu el vídeo al pas 1 per veure com funciona.
Poseu un full pla de material no magnètic a la part superior del recipient de plàstic i proveu de girar la part superior. Bona probabilitat que no solament levitarà sinó que també girarà. Hi ha moltes coses que poden estar malament:
* El gran imant se situa al revés. Traieu la coberta i baixeu lentament la part superior. Si, mentre baixeu la part superior, no us sentiràs res mentre sentiu que la part superior està asseguda en un coixí magnètic, llavors és el costat equivocat. Gireu el gran imant. Ara, la part superior té certa resistència mentre la baixeu, que el gran imant comença a tirar-lo dins del forat. Aquesta és l’orientació correcta. Torneu a posar la tapa.
* La part superior és massa alta per sobre del gran imant, per la qual cosa el gran imant la repel·leix i, una vegada que la feu girar, volarà a l'instant. Reduïu la distància de la part superior a l’imant gran, aixecant l’imant gran. Les rentadores i les tasses d'ampolla us ajudaran a aixecar el gran imant.
* La part superior és massa baixa per sobre del gran imant, de manera que el gran imant atrau massa la part superior i la força giroscòpica no és suficient per mantenir-la recta. En aquest cas, cau i cau immediatament després de deixar-lo anar. Cal augmentar la distància entre la part superior i l'imant. Es pot fer aixecant el recipient de plàstic a les rentadores de gots d’ampolla, per exemple.
La posició perfecta per a la part superior és lleugerament per sota d’aquest punt quan el gran imant deixa d’empipar la part superior i comença a atraure. Ajusteu l'alçada de l'imant sota el recipient de plàstic perquè la part superior estigui situada exactament en aquesta posició quan intenteu girar-la. També podeu moure solament el petit imant de l’esquelet superior per afinar la configuració.
Tingueu en compte que en aquesta posició és possible que hagueu de pressionar lleugerament la part superior cap avall mentre la feu girar. Si trobeu que aquest inconvenient no dubteu a reduir la distància entre els imants una mica més.
De fet, una cosa més pot anar malament amb el gir: la velocitat.
* Si gira la part superior massa lentament, començarà a precessar massa i caurà massa ràpid
* Si gira la part superior massa ràpid, començarà a precessar encara més ràpid i també caurà.
* Gireu la part superior no massa ràpida i no massa lenta. De fet, comenceu des del costat lent i continueu augmentant la velocitat fins que arribeu a la velocitat màxima després de la qual cosa es torna boig.
A més de la simple rotació, la levitació magnètica estabilitzada per espín només funciona a velocitats compreses entre 1000 i 3000 RPM (revolucions per minut). Per tant, girar la tapa més ràpid que els 3000 rpm no ajudarà a mantenir-la volant més temps.
Quan hagueu col·locat correctament la part superior, hauria de poder girar de manera estable a la fulla. De fet, si teniu sort i pacient podeu situar-lo en un punt en què s'autoestabilitzarà. Fins i tot si no ho feu massa bé, finalment es redreçarà.
Oh, i un aspecte més important és on comenceu a girar: hauria de passar exactament per sobre del centre del gran imant, en cas contrari, el petit imant caurà i no girarà gens.
Pas 10:
És hora de començar la segona fase: sintonització greu. Llevant lentament i constantment el full mantenint el nivell. Poden passar moltes coses:
* Un cop aixecat una mica el full, la part superior surt i vola. Això significa que la part superior és massa lleugera i la força de gravetat no és suficient per compensar la força de repulsió magnètica. Afegiu una mica de pes a la part superior. Les rentadores de llautó són les més pesades, les de goma són més lleugeres. També podeu embrutar les volanderes per ajustar-ne el pes.
* Segueixes aixecant el full però la part superior mai no treu el full. La part superior és massa pesada i la força de repulsió magnètica no és suficient per compensar la gravetat. Traieu una rentadora de la part superior. Si és l’última rentadora, substituïu-la per la més lleugera. Si la part superior no s’enlairarà fins i tot sense rentadores, necessitareu un joc d’amants més forts.
Després d'afegir i retirar les volanderes a la part superior, haureu d'arribar a un punt quan la part superior treu el full, intenta aixecar-se a la part superior de l'imant, però després de la meitat del segon es desapareix. Si observeu que sempre vola en la mateixa direcció, és hora de la fase 3: anivellar.
* La raó per la qual la part superior volar sempre en la mateixa direcció és perquè el camp magnètic de l'imant gran és netament perfecte. Com si es tractés d’una pilota que baixa pel turó, la nostra part baixa pel turó magnètic. Fins i tot no es pot convertir en horitzontal amb un nivell regular, ja que el gran imant es pot magnetitzar de manera desigual. Cal seguir ajustant el nivell d'imant gran fins que la part superior comenci a volar en diferents direccions. Assegureu-vos també que el gran imant es troba en una superfície ferma com una taula. La catifa no funcionarà, ja que haureu d’afectar l’imant massa sovint.
La veritat és que probablement haurà de fer les fases 2 i 3 simultàniament, ja que de vegades no està clar per què la part superior vola tan ràpid. Podria ser tant el nivell de camp magnètic com el pes.
De nou, podeu col·locar rentadores o alguna cosa més gruixuda i preferentment no magnètica per sota del gran imant per tal d'anivellar-la. Fins i tot podeu utilitzar un Arduino com a mida si voleu implicar un microcontrolador en aquest projecte :)
Pas 11: Ajusteu el pes
En aquest punt, gairebé tot funciona bé, excepte que la part superior encara no pot levitar mentre es desapareix. Temps per a la fase 4: ajust final definitiu.
* Seguiu afegint el pes de la part superior. Cal afegir petits pesos a la part superior. Els pesos d’ajust fi són, de fet, tan petits que ja no funcionen les volanderes. Parlem d’una precisió de 0,1 g (0,004 oz). El millor candidat per ajustar el pes és la cinta elèctrica. Seguiu enganxant petits trossos de cinta elèctrica fins que la part superior deixi de volar.
* Si en algun moment s'eleva lleugerament durant uns segons que es cau - treure una tira, tallar-la per la meitat i enganxar una meitat.
Mitjançant la cinta elèctrica, podeu construir una tapa que pugui levitar durant un minut o dos. Un problema amb això és una mala aerodinàmica de les tires de cinta. Un cop descobert el pes final, probablement és una bona idea reemplaçar la presa amb un ram de llautó. Això augmentarà el temps de vol fins a 5 minuts (bé, 2-3 minuts és un temps més realista).
Una cosa més important és que tot el conjunt siga molt ferm. Cap peça no hauria de ser segura o vacil·lant. Utilitzeu cola boja si és necessari, però feu-la sentir com una peça sòlida.
Pas 12: sorprèn els teus amics!
Si completeu tota aquesta bogeria, heu de trucar als vostres amics ràpidament i sorprendre'ls. Fes-ho ràpidament! El problema és que l’efecte és molt inestable. Un cop canviada la temperatura de l'habitació, haureu de redimensionar-la. La humitat ha canviat? El mateix. Algú ha posat unes tisores a prop? Torneu a ajustar-lo. O allunyeu les tisores, el que sigui més fàcil: :)
El fet que aquest tipus de levitació magnètica sigui tan inestable redueix considerablement la seva usabilitat. Bàsicament, a més d’una gent increïble que no es pot fer molt amb ella. A les futures taules d'instruccions us explicaré com construir dispositius de levitació més pràctics, així que voteu, seguiu, agradeu, subscriviu-vos i feu el bricolatge!
Si us agrada aquest manual, consulteu les altres instruccions. Gràcies per llegir i veure!
Runner Up a la pàgina
Inicieu-lo! Desafiament
