العلماء يحلون لغز المدار المغناطيسي بما يتجاوز الفيزياء الكلاسيكية

أكد العلماء في الجامعة التقنية في الدنمارك (DTU) الفيزياء الأساسية لظاهرة الإرتفاع المغناطيسي المكتشفة حديثًا.

في عام 2021، نشر عالم من تركيا ورقة بحثية حيث تم ربط مغناطيس بالمحرك وجعله يدور بشكل أسرع. عندما تم تقريب هذا النظام من المغناطيس الثاني، بدأ المغناطيس الثاني في الدوران وتحرك فجأة على بعد بضعة سنتيمترات في وضع ثابت.

على الرغم من أن التحليق المغناطيسي ليس شيئًا جديدًا – القطارات المعلقة، التي تعتمد على قوى مغناطيسية قوية للرفع والدفع، هي أفضل مثال على ذلك – إلا أن التجربة حيرت الفيزيائيين لأن هذه الظاهرة لم يتم تفسيرها بواسطة الفيزياء الكلاسيكية. طريقة معروفة للرفع المغناطيسي.

تم عرض التحليق المغناطيسي باستخدام أداة Dremel التي تقوم بتدوير المغناطيس بتردد 266 هرتز. يبلغ حجم المغناطيس الدوار 7 × 7 × 7 مم 3 والمغناطيس العائم 6 × 6 × 6 مم 3. يوضح هذا الفيديو الفيزياء الموصوفة في الدراسة. الائتمان: DTU.

إنه الآن، على أية حال. كان راسموس بيورك، الأستاذ في جامعة DTU للطاقة، مفتونًا بتجربة أوكار وبدأ في تكرارها مع طالب الماجستير يواكيم إم هيرمانسن، أثناء اكتشاف ما كان يحدث. إن النسخ أمر سهل ويمكن إجراؤه باستخدام مكونات جاهزة، لكن فيزيائيته غريبة، كما يقول راسموس بيورك:

“عندما تكون المغناطيسات قريبة من بعضها البعض، فإنها لا تدور. وعادة ما تتجاذب أو تتنافر. ولكن إذا قمت بتدوير أحد المغناطيسات، فقد اتضح أنه يمكنك تحقيق هذا الدوران. هذا هو الجزء الغريب. القوة المؤثرة على يقول: “إن المغناطيسات لا تتغير لمجرد قيامك بتدوير أحدها، لذلك هناك علاقة بين الحركة والقوة المغناطيسية. على ما يبدو”.

وقد نشرت النتائج مؤخرا في المجلة تم استخدام المراجعة البدنية.

عدة تجارب لتأكيد فيزياء

تضمنت التجارب عدة مغناطيسات بأحجام مختلفة، لكن المبدأ ظل كما هو: من خلال تدوير مغناطيس واحد بسرعة كبيرة، لاحظ الباحثون أن مغناطيسًا آخر، يسمى “المغناطيس العائم”، بدأ في الدوران بنفس السرعة. إنها حالة من التواجد حولك.

ووجدوا أنه عندما يتم قفل المغناطيس العائم، فإنه يتم توجيهه بالقرب من محور الدوران وباتجاه نفس قطب المغناطيس الدوار. على سبيل المثال، يتم توجيه القطب الشمالي للمغناطيس العائم نحو القطب الشمالي للمغناطيس الثابت أثناء دورانه.

وهذا يختلف عما يمكن توقعه بناءً على قوانين المغناطيسية التي تشرح كيفية عمل النظام المغناطيسي الساكن. ومع ذلك، فإن تفاعلات المجال المغناطيسي بين المغناطيسات الدوارة هي المسؤولة عن خلق حالة التوازن للطفو، كما وجد الباحث المشارك فريدريك إل دورهوس، وهو طالب دكتوراه، باستخدام محاكاة لهذه الظاهرة. لقد لاحظوا تأثيرًا كبيرًا لحجم المغناطيس على ديناميكيات التحليق: تتطلب المغناطيسات الأصغر سرعة دوران أعلى بسبب قصورها الذاتي الأكبر وسوف تطفو أكثر.

يقول راسموس بيورك: “يريد المغناطيس العائم أن يصطف مع المغناطيس الدوار، لكنه لا يستطيع أن يدور بسرعة كافية للقيام بذلك. وطالما تم الحفاظ على هذا الاتصال، فسوف يحوم أو يطفو،” ويتابع:

“يمكنك مقارنتها بلقمة دوارة. فهي لا تتوقف طالما أنها تستمر في الدوران، ولكنها تثبت في موضعها من خلال دورانها. وعندما تُفقد طاقة الدوران، تختفي قوة الجاذبية – أو في حالتنا قوة الدفع”. وسحب المغناطيس — يصبح كبيرًا لدرجة أنه يتغلب على التوازن.

المرجع: يواكيم ماركو هيرمانسن، فريدريك لوست دارهوس، كاثرين فراندسن، ماركو بيليجيا، كريستيان آر إتش بول، وراسموس بيورك، 13 أكتوبر 2023، “التذبذب المغناطيسي عن طريق الدوران” تم استخدام الفحص البدني.
DOI: 10.1103/PhysRevApplied.20.044036