Gli scienziati risolvono il mistero della levitazione magnetica oltre la fisica classica

Nel 2021, lo scienziato turco Hamdi Ucar ha scoperto una nuova forma di levitazione magnetica, in cui un magnete che ruota rapidamente fa levitare un magnete vicino. Questo fenomeno, che sfidava la fisica classica, è stato replicato e studiato dal professor Rasmus Björk e dal suo team. Hanno scoperto che il magnete ascendente si allinea con il magnete rotante, creando un equilibrio simile a una trottola rotante. Credito: SciTechDaily.com

Gli scienziati dell'Università Tecnica della Danimarca (DTU) hanno confermato la fisica di base del fenomeno della levitazione magnetica appena scoperto.

Nel 2021, uno scienziato turco ha pubblicato un articolo che descrive in dettaglio un esperimento in cui un magnete è stato attaccato a un motore, facendolo girare rapidamente. Quando questa disposizione fu avvicinata ad un secondo magnete, il secondo magnete cominciò a ruotare e improvvisamente si fermò in una posizione fissa a pochi centimetri di distanza.

Anche se la levitazione magnetica non è una novità – forse l’esempio più famoso sono i treni maglev che fanno affidamento su una forte forza magnetica per il sollevamento e la propulsione – l’esperimento ha lasciato perplessi i fisici perché il fenomeno non è stato descritto nella fisica classica, o almeno in nessuna fisica classica. . Meccanismo noto di levitazione magnetica.

La levitazione magnetica viene dimostrata utilizzando uno strumento Dremel che fa ruotare un magnete a una frequenza di 266 Hz. La dimensione del magnete rotante è 7 x 7 x 7 mm3 e il magnete galleggiante è 6 x 6 x 6 mm3. Questo video dimostra la fisica descritta nell'articolo. Credito: DTU.

Tuttavia, è adesso. Rasmus Björk, professore alla DTU Energy, è rimasto affascinato dall'esperimento di Okkar e ha deciso di replicarlo con lo studente del master Joachim M. Hermansen scoprendo esattamente cosa stava succedendo. La replica era semplice e poteva essere eseguita con componenti standard, ma la sua fisica era strana, afferma Rasmus Björk:

“I magneti non dovrebbero rimanere sospesi quando sono vicini. Di solito si attraggono o si respingono. Ma se fai girare uno dei magneti, scopri che puoi ottenere questa levitazione. E questa è la parte strana. La forza sui magneti non dovrebbe cambiare solo perché “Ruoti uno di essi, quindi sembra esserci un accoppiamento tra movimento e forza magnetica”.

I risultati sono stati recentemente pubblicati sulla rivista Richiami di fisica applicata.

Diversi esperimenti per confermare la fisica

Gli esperimenti hanno coinvolto diversi magneti di diverse dimensioni, ma il principio è rimasto lo stesso: facendo ruotare un magnete molto velocemente, i ricercatori hanno osservato come un altro magnete vicino, chiamato “magnete galleggiante”, iniziava a ruotare alla stessa velocità mentre si attaccava rapidamente a un magnete. posizione in cui è rimasto, vorticoso.

Hanno scoperto che quando il magnete galleggiante viene mantenuto in posizione, è orientato vicino all’asse di rotazione e verso il polo in modo simile al magnete rotante. Quindi, ad esempio, l'ombra del polo nord del magnete galleggiante, mentre ruota, punta verso il polo nord del magnete fisso.

Questo è diverso da quello che ci si aspetterebbe in base alle leggi del magnetismo statico, che spiegano come funziona un sistema magnetico statico. Tuttavia, a quanto pare, sono proprio le interazioni magnetiche statiche tra i magneti rotanti che sono responsabili della creazione della posizione di equilibrio dei galleggianti, come scoperto dal coautore e dottorando Frederick L. Dorhus utilizzando una simulazione di questo fenomeno. Hanno osservato un effetto significativo delle dimensioni del magnete sulla dinamica del volo stazionario: i magneti più piccoli richiedono velocità di rotazione più elevate per il sollevamento a causa della loro maggiore inerzia e della maggiore altezza in cui volano.

“Si scopre che il magnete galleggiante vuole allinearsi con il magnete rotante, ma non può girare abbastanza velocemente per farlo. Finché viene mantenuto questo accoppiamento rimarrà sospeso o leviterà”, dice Rasmus Bjork.

“Si può paragonare ad una trottola. Sta in piedi solo se sta girando, ma è fissata in posizione dalla sua rotazione. Solo quando la rotazione perde energia, la forza di gravità – o nel nostro caso la spinta e la trazione di una trottola magnete – diventare abbastanza grande da superare l’equilibrio.”

Riferimento: “Levitazione magnetica alternata” di Joachim Marko Hermansen, Frederik Laust-Dorhus, Kathrin Frandsen, Marco Piligia, Christian R.H. Bahl e Rasmus Björk, 13 ottobre 2023, È stata applicata la revisione fisica.
DOI: 10.1103/PhysRevApplied.20.044036