Rampa startowa

Gilles Charles pracuje na Uniwersytecie w Orleanie i publikuje wiele swoich eksperymentów z naszymi magnesami na YouTube. Tutaj pokazuje genialną wyrzutnię dla kulek...

Nasze urządzenie składa się z rynny, np. z aluminium, z zamontowanymi na niej magnesami.

Najważniejsza jest pozycjonowanie magnesów: muszą być one rozmieszczone tak, aby na każdej stronie rynny bieguny były ustawione jednakowo, tzn. np. po lewej stronie wszystkie skierowane były biegunem południowym, a po prawej – biegunem północnym.

W pokazanym na filmie eksperymencie użyto małych magnesów kostek typu W-05-G, można jednak użyć także walców. Zakładając, że te walce są magnesowane osiowo, należy umieścić je pionowo, jak małe kółka. Odległość między magnesami nie odgrywa dużej roli, ale aby uzyskać ładne przyspieszenie, muszą znajdować się wystarczająco blisko siebie. W zależności od siły magnesów wartości będą się różnić; w naszym eksperymencie są rozstawione w odstępach ok. 5 mm.

Na końcu rampy po każdej stronie układa się dwa magnesy jeden na drugim zamiast jednego. Powstaje w ten sposób „pułapka magnetyczna”: silniejsze pole magnetyczne, które zatrzymuje kulkę.

Magnes kulisty zostaje teraz umieszczony w odległości ok. 2 cm od początku rampy. Nie trzeba wprawiać kuli w ruch toczenia, pola magnetyczne magnesów rozmieszczonych na rampie przyciągają kulę w kierunku końca rampy. Silne pole magnetyczne pułapki na końcu rampy zatrzymuje kulę.

Szklana kula zostaje położona tuż przed magnesem końcowym na rampie, tak aby magnes kulisty uderzył w nią z maksymalną prędkością. Podczas gdy magnes kulisty jest zatrzymywany przez "pułapkę magnetyczną", szklana kula zostaje wystrzelona.

Wyjaśnienie:

Kula tocząca się do zagłębienia jest przyciągana do jego najniższego punktu. Zagłębienie to nazywa się także "studnią potencjału". Tego pojęcia możemy użyć również do wyjaśnienia magnetycznej rampy startowej.

W tym celu najpierw rozważmy uproszczoną rampę z tylko jedną parą magnesów. Ta para magnesów tworzy wraz ze ścianami korytka, po których prowadzona jest kula, potencjałową nieckę. Kulę przyciąga jej „najgłębszy” punkt. Znajduje się on między dwoma magnesami rampy. Jeśli pozwolimy kuli wtoczyć się do tej „niecki”, będzie toczyć się tam i z powrotem, aż (na skutek strat tarcia i bardzo niewielkiego wypromieniowania energii elektromagnetycznej) zatrzyma się pośrodku.

Jeśli zamiast dwóch magnesów kostek użyjemy dwóch długich, poprzecznie namagnesowanych prętów magnetycznych, otrzymamy odpowiednio wydłużoną nieckę potencjału.

Można sobie wyobrazić, że długą parę magnesów przetnie się również na krótkie pary i zsunie bez odstępów (wzdłuż kierunku podłużnego). W ten sposób nic się nie zmienia w porównaniu z nieprzeciętymi prętami. Jeśli jednak rozsunie się teraz przecięte pary magnesów wzdłuż kierunku podłużnego, to wraz z rynną nadal tworzą one symetryczne zagłębienie potencjału, lecz odstępy między parami magnesów powodują, że staje się ono pofalowane. Jeśli odległości między tymi falami (odstępy między parami magnesów) nie są zbyt duże, kula również będzie się toczyć tam i z powrotem, aż się zatrzyma.

Na wyrzutni ta symetria została teraz zniesiona.

Przez „magnesy stopujące” na końcu rampy cała studnia potencjału zostaje niesymetrycznie zdeformowana. Najniższy punkt studni znajduje się teraz między magnesami stopującymi. Kula wpada w ten punkt, to znaczy, kołysze się tam i z powrotem w „końcowej studni”, aż jej energia kinetyczna wskutek tarcia zostanie zamieniona w ciepło. Kołysanie jest dobrze słyszalne w filmie jako brzęczenie.