Nej, ingen Photoshop og ingen fiskelinie blev brugt til at lave dette billede, kun 100% ren fysik og lidt tålmodighed. Dette instruerbare forklarer, hvordan du kan bygge din egen top svævende i luften som en UFO.
forsyninger:
Trin 1: Videooversigt
Trin 2: Earnshaws sætning
Har du nogensinde forsøget at genoplive en magnet ved hjælp af en masse andre magneter? Det virker meget nemt: da magneter kan afstøde hinanden, kan du sikkert sætte en masse magneter i cirkel, så de lige så skubber den anden magnet mod midten af systemet. Eller måske endda bygge en kugle lavet af magneter, der ville suspendere en anden magnet i midten. Men hvis det er så nemt, hvorfor er det så svært at bygge tog, der bruger magnetisk levitation? Hvis du prøver disse "nemme" metoder, finder du de alle, der ikke virker. Faktisk tilbage i 1842 viste den britiske matematiker Samuel Earnshaw, at det faktisk ikke er muligt at suspendere en regelmæssig magnet i rummet med den eneste hjælp fra andre regelmæssige magneter, der er statisk placeret rundt om den. Nå bevisede han ikke præcis det, men det følger af hans oprindelige sætning. Beviset for sætningen indeholder for mange græske bogstaver for at forklare det på denne korte instruks, så lad os bare stole på de smarte gutter, der tredoblet tjekket det og fandt det korrekt.
Så det er umuligt at suspendere en magnet i rummet ved hjælp af bare en masse andre magneter. Men tag et kig på videoen. Der er en stor ring keramisk magnet og en anden magnet, som også er en top. Og hvis jeg forsigtigt drejer den anden magnet over den første, vil den faktisk hænge i luften. Hvordan er det muligt?! Lad os tale om dette og et par andre smuthuller i Earnshaws sætning og faktisk opbygge et par magnetiske levitationsenheder. Dette bliver cool!
Trin 3: Materiel
Det er faktisk meget nemt at bygge denne levitating top. Nedenfor kan du finde den nøjagtige faktura for materiale, jeg brugte. Du kan bruge det som en reference til at replikere nøjagtigt min konfiguration:
* Den store magnet er faktisk en stak med to 115x45x20mm magneter: http://www.magnet4sale.com/ceramic-magnets-ring/
* Den lille magnet er taget fra en 1,42 "kop magnet. For at tage en keramisk magnet fra koppen sætter jeg den i varmt vand i 20 minutter for at løsne limen, så primet med en skruetrækker og trukket ud som det vises i videoen og forklares yderligere i dette instruerbare trin # 6.
Ud over det, jeg brugte
* 6,56 mm (1/4 ") træknolle fra Michaels
* Bunke af gummi og messing (dvs. ikke magnetiske) skiver fra Home Depot (Lowes har bedre udvalg af gummi skiver, Home Depot har mere messing). Faktisk for dette præcise setup brugte jeg kun en vaskemaskine med 32 mm i diameter og 1,3 mm i tykkelse. Alle andre messingskiver var ikke nødvendige i den endelige version.
* Plastbeholder fra dit skab til at dække den store magnet. Jeg brugte en 68mm høj og 143mm i diameter beholder # 12 (1.5pt) fra Rubbermaid.
* Aluminium eller plast (dvs. ikke-magnetisk) ark fra Lowes
* God elektrisk tape
Alt i alt kostede denne opsætning mig ca. $ 30.
Trin 4: Plastbeholder ?! Helt seriøst?!!
Plastbeholderen er nødvendig for at beskytte magneterne fra hinanden. Ligegyldigt hvor forsigtigt du er toppen vil fortsætte med at falde ned og til sidst slå magneten. Hver gang dette sker, falder små skarpe chips ud af magneterne. Udover at dække dit arbejdssted med potentielt farlig elektromagnetisk støv, ødelægger de også alle dine bestræbelser på at finjustere toppen. Du vil ikke have det og den bedste måde at forhindre, at den er ved at dække den store magnet med en plastikbeholder.
Trin 5: Højden betyder noget
En anden funktion af plastbeholderen er at justere afstanden mellem toppen og den store magnet. Som du kan se i videoen er denne afstand meget kritisk for succesfuld første spinning. Den øverste del af beholderen (plus pladen) skal være meget tæt på den position, hvor den store magnet stopper afstødning af toppen og begynder at tiltrække den. Faktisk kan du endda flytte den lille magnet langs topstammen for at kalibrere denne afstand præcist. Hvis du forsøger at spinde toppen oven på korrekt justeret beholder, vil den faktisk stabilisere sig i 5-6 sekunder og spinde helt lige.
Trin 6: Hent den mindre magnet
Den mindre magnet jeg har fået var inde i en stålkop. For at udtrække magneten fra bægeret gennemblødte jeg det i varmt vand i ca. 20 minutter, og brugte en skruetrækker til at pry og fjerne magneten.
Trin 7: Lav toppen
Brug dowel til at dreje den lille diskmagnet til en top. Jeg skærer ca. 32 mm ud af dowel og poleret ende med slibepapir for at give det noget som parabolsk form og gøre det glattere.
Hvis du nøjagtigt følger specifikationerne fra rtfms.com, skal du tilføje gummivasken for at gøre vægten ca. 12,5 gram. Sørg for, at du lægger en ikke-magnetisk spacer mellem toppen og skalaen, ellers vil metaldele af skalaen tiltrække magneten, og den målte vægt vil være unøjagtig. Se videoen for detaljer.
Trin 8: Lav basen
Da jeg bruger to mindre magneter til basen i stedet for en stor, er dette det trin, hvor jeg stabler dem. Sæt ikke bare en på toppen af en anden - du vil beskadige både magneterne og dine fingre. I stedet skal du glide topmagneten oven på den anden. Hvis det ikke virker, og magneter afviser hinanden, skal du så vende en af magneterne og gentage forsøget. Du kan springe over dette trin, hvis du har en stor magnet.
Dæk den store magnet med beholderen, læg aluminiumfolien ovenpå og din base er klar.
Trin 9: Juster orienteringen og højden af basen
Nu er det tid for et par trin med meget tekst og ingen billeder. Det er bare meget svært at forklare dynamiske problemer med statisk tekst, så tjek videoen i trin # 1 for at se, hvordan dette virker.
Sæt et fladt ark lavet af ikke-magnetisk materiale oven på plastbeholderen og prøv at spinde toppen. God chance det vil ikke bare levitate, men også spin. Flere ting kunne være forkerte med det:
* Den store magnet placeres på hovedet. Fjern dækslet og sænk langsomt toppen af den. Hvis du ved at sænke toppen ikke føler noget, så føles det som om toppen sidder på en magnetisk pude, så er det den forkerte side. Vend den store magnet over. Nu føles toppen modstand, mens du sænker den, end den store magnet begynder at trække den ind i hullet. Det er den rigtige orientering. Sæt dækslet tilbage.
* Den øverste er for høj over den store magnet, så stor magnet afviser det, og når du spinder det, vil det straks flyve væk. Reducer afstanden fra toppen til den store magnet ved at løfte den store magnet. Vaskere og flaske kopper hjælper dig med at løfte den store magnet.
* Den øverste er for lav over den store magnet, så stor magnet tiltrækker toppen for meget, og gyroskopisk kraft er ikke nok til at holde det lige. I dette tilfælde falder det og tumbler straks efter at du har slettet det. Du skal øge afstanden mellem toppen og magneten. Du kan gøre det ved at løfte plastikbeholderen på skiver af flaskekopper.
Den perfekte position til toppen er lidt under det punkt, når stor magnet stopper at afvise toppen og begynder at tiltrække. Juster højden af magneten under plastikbeholderen, så toppen ligger nøjagtigt i denne position, når du forsøger at dreje den. Du kan også flytte den lille magnet alene den øverste stængel for at finjustere opsætningen.
Vær opmærksom på at i denne position skal du muligvis skubbe toppen ned lidt, mens du spinder den. Hvis du finder denne ubelejlige, er du velkommen til at reducere afstanden mellem magneterne lidt mere.
Faktisk kan endnu en ting gå galt med spinding: hastigheden.
* Hvis du springer øverst for langsomt, begynder det at præcessere for meget og falde for hurtigt
* Hvis du spinder toppen for hurtigt, vil den begynde at forarbejde endnu hurtigere og falde også.
* Spin toppen ikke for hurtig og ikke for langsom. Start faktisk fra den langsomme side og fortsæt med at øge hastigheden, indtil du når den maksimale hastighed, hvorefter toppen bliver skør.
Udover bare den oprindelige spinding fungerer den spin-stabiliserede magnetiske levitation kun ved hastigheder mellem 1000 og 3000 omdrejninger pr. Minut. Så spinning toppen hurtigere end 3000RPM hjælper ikke med at holde den flyvende længere.
Når du først har placeret toppen, skal den kunne spinde stabilt på arket. Faktisk, hvis du er heldig og tålmodig, kan du positionere den på et tidspunkt, hvor det selvstabiliserer sig selv. Selvom du ikke spinder det for godt, vil det til sidst rette op.
Åh, og endnu en vigtig ting er, hvor du begynder at spinde - det skal ske lige over midten af den store magnet, ellers vil den lille magnet tumle og ikke spinde overhovedet.
Trin 10:
Det er på tide at starte fase to: grov tuning. Løft langsomt og støt arket op og oprethold niveauet. Flere ting kunne ske:
* Når du løfter arket lidt, hopper toppen og flyver væk. Dette betyder, at toppen er for lys og tyngdekraften ikke er nok til at kompensere den magnetiske afstødningskraft. Tilføj lidt vægt til toppen. Messingskiver er de tyngste, gummi dem er lettere. Du kan også sænke skiverne for at justere deres vægt.
* Du fortsætter med at løfte arket, men toppen tager aldrig af arket. Toppen er for tung og magnetisk afstødningskraft er ikke nok til at kompensere tyngdekraften. Fjern en vaskemaskine fra toppen. Hvis dette er den sidste spændeskive, skal du udskifte den med den lysere. Hvis toppen ikke tager afsted selv uden vaskemaskiner overhovedet, har du brug for et stærkere sæt magneter.
Efter at du har tilføjet og fjernet skiverne til toppen, skal du nå et punkt, når toppen tager af arket, forsøger at levitere oven på magneten, men efter et halvt sekund flyver det væk. Hvis du bemærker, at det altid flyver i samme retning, så er det tid til fase 3: udjævning.
* Årsagen til, at toppen flyver væk altid i samme retning er, fordi magnetfeltet i den store magnet er net perfekt niveau. Næsten meget som en kugle ruller ned ad bakken vores top ruller ned på den magnetiske bakke. Du kan endda ikke gøre det vandret med et regelmæssigt niveau, da den store magnet kan blive ujævnt magnetiseret. Du skal fortsætte med at justere det store magnetniveau, indtil toppen begynder at flyve væk i forskellige retninger. Sørg også for, at den store magnet ligger på en fast overflade som et bord. Gulvtæppet vil ikke fungere, da du bliver nødt til at magnetisere for ofte.
Sandheden er, at du sandsynligvis bliver nødt til at gøre fase 2 og 3 samtidig som det undertiden uklart, hvorfor toppen flyver så hurtigt væk. Det kunne være både magnetfeltniveauet og vægten.
Igen kan du lægge skiver eller noget andet tykt og fortrinsvis ikke-magnetisk under den store magnet for at niveauere det. Du kan endda bruge en Arduino som et shim, hvis du vil involvere en mikrocontroller i dette projekt :)
Trin 11: Juster vægten
På dette tidspunkt fungerer næsten alt godt, medmindre toppen ikke kan levitere, da den flyver væk. Tid til fase 4: endelig finjustering.
* Fortsæt med at tilføje vægten af toppen. Du skal tilføje små vægte til toppen. De fine justeringsvægte er faktisk så små, at skiverne ikke virker længere. Vi taler om 0,1 g (0,004 oz) præcision. Den bedste kandidat til justering af vægten er elektrisk tape. Hold fast små stykker af elektrisk tape, indtil toppen stopper med at flyve væk.
* Hvis der på et tidspunkt øverst levitates i et par sekunder end falder ned - tag en stribe ud, skær den i halve og hold den ene halvt tilbage.
Ved hjælp af elektrisk tape kan du bygge en top, der vil levitere i et minut eller to. Et problem med det er dårlig aerodynamik af båndstrimler. Når du først har fundet ud af den endelige vægt, er det nok en god idé at udskifte taggen med en flok messingskiver. Dette vil øge flyvetiden i op til 5 minutter (godt 2-3 minutter er en mere realistisk tid).
En vigtig ting er, at hele toppen skal være meget fast. Ingen stykker skal være usikrede eller wobbly. Brug skøre lim hvis det er nødvendigt, men gør det føles som et solidt stykke.
Trin 12: Forundre dine venner!
Hvis du gennemfører alt dette finjusterende vanvid, er det tid til at ringe dine venner hurtigt og forbløffe dem. Gør det hurtigt! Problemet er, at effekten er meget ustabil. Når temperaturen i lokalet ændres - skal du reducere finjustering. Fugtighed ændret? Samme ting. Nogen lægger saks i nærheden? Juster det igen. Eller flytte sakserne væk, uanset hvad der er lettere :)
Den kendsgerning, at denne type magnetiske levitation er så ustabil, reducerer i høj grad dets anvendelighed. Dybest set udover fantastiske mennesker kan du ikke gøre meget med det. I fremtiden instrukser vil jeg forklare, hvordan man bygger mere praktiske levitation enheder, så stemme, følg, som, abonnere og holde DIYing!
Hvis du kan lide dette Instrueret, bedes du kontrollere mine andre instruktioner. Tak fordi du læser og ser!
Runner Up i
Start det! Udfordring
