العلماء يحلون لغز التحليق المغناطيسي بما يتجاوز الفيزياء الكلاسيكية

أكد علماء من الجامعة التقنية في الدنمارك (DTU) الفيزياء الأساسية لظاهرة الارتفاع المغناطيسي المكتشفة مؤخرًا.

وفي عام 2021، نشر عالم تركي ورقة بحثية تشرح بالتفصيل تجربة تم فيها ربط مغناطيس بمحرك، مما أدى إلى دورانه بسرعة. عندما تم تقريب هذا التكوين إلى مغناطيس ثانٍ، بدأ الأخير في الدوران ويحوم فجأة في موضع ثابت على بعد بضعة سنتيمترات.

على الرغم من أن الارتفاع المغناطيسي ليس شيئًا جديدًا – ربما يكون المثال الأكثر شهرة هو قطارات ماجليف التي تعتمد على قوة مغناطيسية قوية للرفع والدفع – إلا أن التجربة أثارت اهتمام الفيزيائيين لأن هذه الظاهرة لم يتم وصفها في الفيزياء الكلاسيكية، أو على الأقل في الفيزياء الكلاسيكية. أي الفيزيائيين. آلية معروفة للارتفاع المغناطيسي.

تم عرض الرفع المغناطيسي باستخدام أداة Dremel التي تقوم بتدوير مغناطيس بتردد 266 هرتز. يبلغ قياس المغناطيس الدوار 7x7x7 مم3 ويبلغ قياس المغناطيس العائم 6x6x6 مم3. يوضح هذا الفيديو الفيزياء الموصوفة في البحث. الائتمان: DTU.

لكنه الآن. كان راسموس بيورك، الأستاذ في جامعة DTU Energy، مفتونًا بتجربة أوكار وقرر تكرارها مع طالب الماجستير يواكيم إم هيرمانسن، مع فهم ما كان يحدث بالضبط. كان الاستنساخ سهلاً ويمكن تحقيقه باستخدام مكونات متاحة تجاريًا، لكن فيزيائيته كانت غريبة، كما يوضح راسموس بيورك:

“يجب ألا تطفو المغناطيسات عندما تكون قريبة من بعضها البعض. عادة ما يجذبون أو يتنافرون مع بعضهم البعض. ولكن إذا قمت بتدوير أحد المغناطيسات، فسيظهر أنه يمكنك تحقيق هذه التحويم. وهذا هو الغريب. لا ينبغي أن تتغير القوة المؤثرة على المغناطيسات لمجرد قيامك بتدوير أحدها. لذا يبدو أن هناك اقترانًا بين الحركة والقوة المغناطيسية.

وقد نشرت النتائج مؤخرا في المجلة مراجعة الفيزياء التطبيقية.

عدة تجارب لتأكيد الفيزياء

تضمنت التجارب عدة مغناطيسات بأحجام مختلفة، لكن المبدأ ظل كما هو: من خلال تدوير مغناطيس واحد بسرعة كبيرة، لاحظ الباحثون كيف بدأ مغناطيس آخر قريب، يُطلق عليه اسم “المغناطيس العائم”، في الدوران بنفس السرعة أثناء القفل بسرعة. موقف حيث ظلت تحوم.

ووجدوا أنه عندما يتم تثبيت المغناطيس العائم في موضعه، فإنه يتم توجيهه بالقرب من محور الدوران وباتجاه القطب المماثل للمغناطيس الدوار. لذلك، على سبيل المثال، ظل القطب الشمالي للمغناطيس العائم، أثناء دورانه، موجهًا نحو القطب الشمالي للمغناطيس الثابت.

وهذا يختلف عما يمكن توقعه بناءً على قوانين المغناطيسية الساكنة، التي تشرح كيفية عمل النظام المغناطيسي الساكن. ومع ذلك، فقد اتضح أن التفاعلات المغناطيسية الساكنة بين المغناطيسات الدوارة هي المسؤولة عن إنشاء موضع توازن العوامة، كما اكتشف المؤلف المشارك وطالب الدكتوراه فريدريك إل. دورهوس في محاكاة استخدام هذه الظاهرة. لقد لاحظوا تأثيرًا كبيرًا لحجم المغناطيس على ديناميكيات التحليق: تتطلب المغناطيسات الأصغر سرعات دوران أعلى للرفع بسبب قصورها الذاتي الأكبر وكلما طفت أعلى.

“اتضح أن المغناطيس العائم يريد أن يتماشى مع المغناطيس الذي يدور، لكنه لا يستطيع الدوران بسرعة كافية للقيام بذلك. وطالما تم الحفاظ على هذا الاقتران، فإنه سوف يحوم أو يرتفع في الهواء،” يوضح راسموس بيورك، ويتابع:

“يمكنك مقارنتها بالقمة. لن يقف منتصباً إلا إذا قام بالتدوير ولكنه ثابت في موضعه من خلال دورانه. فقط عندما يفقد الدوران الطاقة، تصبح قوة الجاذبية – أو في حالتنا قوة دفع وسحب المغناطيس – كبيرة بما يكفي لكسر التوازن.

المرجع: “الارتفاع المغناطيسي بالتناوب” بقلم يواكيم ماركو هيرمانسن، وفريدريك لاوست دورهوس، وكاثرين فراندسن، وماركو بيليجيا، وكريستيان آر إتش باهل، وراسموس بيورك، 13 أكتوبر 2023، الفحص البدني التطبيقي.
DOI: 10.1103/PhysRevApplied.20.044036