Статья посвящена рассмотрению способов достижения левитации путем использования различных сил, а также применению явления левитации.
Ключевые слова : EDS, EMS, магнитное поле, квантовая левитация, движение поезда, способ достижения левитации.
Целью статьи является изучение левитации как физического явления, расширение представлений о ней и определение возможностей ее применения.
Задачи работы: классифицировать виды левитации, определить возможности ее применения, объяснить явление левитации с точки зрения физических законов.
Актуальность выбранной темы заключается в многообразии вариантов потенциального использования явления левитации во многих сферах жизни общества.
Еще в 1971 немецкие изобретатели разработали идею поезда на магнитных подушках. Принцип работы таких составов основан на явлении взаимного отталкивания одинаковых полюсов магнита [1].
В 2015 году в Японии установлен абсолютный рекорд скорости для наземного транспорта — 603 км/ч. Более того, поезд может полностью управляться компьютером, машинист лишь осуществляет контроль за работой состава. А в его кабине нет окон переднего обзора, поэтому машинист получает изображение пути через видеокамеру [1].
В настоящее время существует две основные технологии магнитного подвеса: электромагнитная EMS и электродинамическая EDS.
В поездах первого типа, принцип работы которых основан на явлении электромагнитной индукции, под днищем вагона крепятся сильные магниты на небольшом расстоянии от стального полотна. При движении поезда магнитный поток, проходящий через контур полотна, постоянно меняется, и в нем возникают сильные индукционные токи. Они создают мощное магнитное поле, которое отталкивает магнитную подвеску поезда.
Электродинамическая EDS-технология: движение поезда осуществляется за счет взаимодействия двух полей. Одно из них создается в дорожном полотне, а второе — на корпусе поезда. В отличие от EMS с обычными магнитами, EDS использует сверхпроводящие электромагниты, которые могут проводить электричество даже после отключения источника питания.
Еще один способ достижения левитации — за счет эффекта Мейснера. Сверхпроводник в магнитном поле всегда будет вытеснять магнитное поле внутри него и, таким образом, изгибать магнитное поле вокруг него. Так, при помещении охлажденного до необходимой температуры сверхпроводника на магнитную дорожку сверхпроводник примет фиксированное положение над магнитами. Недостатком этой конструкции является необходимость поддержания очень низких температур для проявления свойств сверхпроводника [2]. Широкой публике о квантовой левитации впервые стало известно в марте 1991 года, после публикации фотографии, на которой директор Токийской исследовательской лаборатории по сверхпроводимости Дон Тапскотт стоял на керамической сверхпроводящей пластине, а между полом и пластиной не было ничего. Фотография оказалась настоящей, а пластина, которая вместе со стоящим на ней директором весила около 120 килограммов, могла левитировать над полом благодаря эффекту сверхпроводимости, известному как эффект Мейснера-Оксенфельда [3].
Другой способ достижения левитации — с помощью диамагнетика и сверхпроводника. Диамагнетик — это вещество, имеющее отрицательную магнитную восприимчивость (отталкивающееся от любого источника магнитного поля). Сила взаимодействия диамагнетика с источником магнитного тока очень мала, поэтому чтобы увидеть эффект диамагнитного отталкивания, необходимо создать очень сильное магнитное поле [4].
Явление левитации также встречается в фильмах. Так, в фильме “Назад в будущее“ был скейтборд или доска Hoverboard, который просто парил в воздухе. Мне стало интересно узнать, можно ли воссоздать нечто похожее. Оказывается, недавно компания Lexus создала прототип устройства. Принцип его работы основан на эффекте Мейснера. Внутри ховерборда два резервуара. В них находится сверхпроводящий материал и мощные постоянные магниты. Сверхпроводники охлаждаются жидким азотом. Температура внутри резервуаров поддерживается на уровне минус 197 градусов цельсия. Главным недостатком является необходимость создания определенного полотна, состоящего из постоянных магнитов для работы ховерборда.
Литература:
- Поезда, которые потеснят самолеты. — Текст: электронный // Единый транспортный портал: [сайт]. — URL: https://transport.mos.ru/mostrans/all_news/27710 (дата обращения: 10.01.2023).
- How Quantum Levitation Works. — Текст: электронный // thoughtco: [сайт]. — URL: https/www.thoughtco.com/quantum-levitation-and-how-does-it-work-2699356 (дата обращения: 10.01.2023).
- Квантовая левитация (эффект Мейснера): научное объяснение. — Текст: электронный // fb.ru: [сайт]. — URL: https://fb.ru/article/475425/kvantovaya-levitatsiya-effekt-meysnera-nauchnoe-obyyasnenie (дата обращения: 10.01.2023).
- Эксперимент с летающей лягушкой. — Текст: электронный // дзен: [сайт]. — URL: https://dzen.ru/a/YZmLLQyZjkZCKrMc (дата обращения: 10.01.2023).
