Rampă de lansare

Gilles Charles lucrează la Universitatea din Orléans și publică multe dintre experimentele sale cu magneții noștri pe YouTube. Aici prezintă o rampă de lansare ingenioasă pentru bile ...

Dispozitivul nostru constă dintr-un jgheab, de ex. din aluminiu, cu magneți montați pe acesta.

Cel mai important aspect este poziționarea magneților: Aceștia trebuie aranjați astfel încât pe fiecare parte a jgheabului polii să fie orientați identic, adică, de ex., pe partea stângă să indice toți polul sud, iar pe partea dreaptă polul nord.

În experimentul prezentat în video se folosesc mici magneți cub de tipul W-05-G, însă se pot folosi și discuri. Presupunând că aceste discuri sunt magnetizate axial, ele trebuie plasate vertical, ca niște rotițe. Distanța dintre magneți nu joacă un rol major, însă pentru a obține o accelerație bună, trebuie să fie suficient de apropiați. În funcție de puterea magnetului, aceasta diferă; în experimentul nostru sunt plasați la cca 5 mm distanță unul de altul.

La capătul rampei, pe fiecare parte se plasează doi magneți unul peste altul în loc de unul singur. Astfel se obține o capcană magnetică: un câmp magnetic mai puternic, care apoi oprește bila.

Magnetul sferic este acum plasat la aproximativ 2 cm de începutul rampei. Nu este nevoie să puneți bila în mișcare; câmpurile magnetice ale magneților distribuiți pe rampă atrag bila către capătul rampei. Câmpul magnetic puternic al capcanei de la finalul rampei oprește bila.

Bila de sticlă este așezată pe rampă chiar înaintea magnetului de la final, astfel încât magnetul sferic să o lovească cu viteză maximă. În timp ce magnetul sferic este oprit de „capcana magnetică”, bila de sticlă este lansată.

Explicație:

O bilă care se rostogolește într-o adâncitură este atrasă către cel mai jos punct al acesteia. Adâncitura se numește și „groapă de potențial”. Putem folosi acest termen și pentru a explica rampa magnetică de lansare.

Pentru aceasta, vom analiza mai întâi o rampă simplificată cu o singură pereche de magneți. Această pereche de magneți formează, împreună cu pereții jgheabului pe care este ghidată bila, o adâncitură de potențial. Bila este atrasă de „cel mai adânc” punct al acesteia. El se află între cei doi magneți ai rampei. Dacă lăsăm bila să se rostogolească în această „adâncitură”, ea se rostogolește înainte și înapoi până când (ca urmare a pierderilor prin frecare și a unei foarte mici radiații de energie electromagnetică) se oprește la mijloc.

Dacă, în loc de doi magneți cub, folosim două tije magnetice lungi cu polarizare transversală, vom avea corespunzător o adâncitură de potențial alungită.

Ne putem imagina, de asemenea, că perechea lungă de magneți este tăiată în perechi scurte și împinsă laolaltă fără spații (pe direcția longitudinală). Astfel, nu se schimbă nimic față de barele netăiate. Dacă însă deplasăm perechile de magneți tăiate în direcția longitudinală una departe de cealaltă, atunci acestea formează împreună cu rigola în continuare o cavitate de potențial simetrică, însă distanțele dintre perechile de magneți o fac ondulată. Dacă distanțele dintre aceste unde (distanțele dintre perechile de magneți) nu sunt prea mari, bila se rostogolește, de asemenea, înainte și înapoi până se oprește.

La rampa de lansare, această simetrie nu mai există.

Prin „magneții de oprire” de la capătul rampei, întreaga adâncitură de potențial este deformată asimetric. Punctul cel mai adânc al adânciturii se află acum între magneții de oprire. Bila cade în acest punct, adică oscilează înainte și înapoi în „adâncitura finală” până când energia sa cinetică este transformată în căldură din cauza frecării. Oscilația se aude clar în video ca un bâzâit.