Levitron - lewitujący bączek

Lewitron składa się z opartej na trzech nogach podstawy, przeźroczystej plastikowej podstawki, służącej do uruchamiania bączka i... z samego bączka.

Aby przekonać się dlaczego Lewitron fascynuje i zadziwia tak wielu ludzi wystarczy go uruchomić. W tym celu postaw przeźroczystą podstawkę na podstawie Lewitronu i zakręć na niej bączkiem.

Kiedy ruch bączka ustabilizuje się, zacznij powoli podnosić podstawkę z obracającym się na niej bączkiem. Na pewnej wysokości bączek uniesie się pod wpływem działania się magnetycznych i zacznie lewitować wprawiając w osłupienie i zachwyt Ciebie i widownię. Będziesz z niego naprawdę dumny!

Rekordzistom udaje się osiągać nawet ponad 2.5 minutową lewitację, a obsługa Lewitronu nie jest wcale taka łatwa.

Jesteś gotów podjąć wyzwanie? Eksperymentuj!

Specyfikacja:

• Bączek, o regulowanej za pomocą metalowych i plastikowych odważników masie,
• Magnetyczna podstawa typu Omega lub Platinum,
• Przeźroczysta podstawka z plastiku, służąca do podnoszenia bączka,
• Zapasowe odważniki,
• Broszura dot. Fizyki zjawiska lewitacji,
• Instrukcja obsługi.
• Wymiary podstawy:
  • Levitron Omega: 13.97 x 13.97 x 7.63 cm,
  • Levitron Platinum: 17.78 x 17.78 x 7.62 cm.

Instrukcja obsługi Levitronu.

Obejrzyj filmy znalezione w sieci z Leitronem w akcji:

Za lewitację bączka odpowiada między innymi I zasada dynamiki Newtona - pierwsza z trzech fundamentalnych zasad, których sformułowanie przez wybitnego angielskiego uczonego Isaaca Newtona, doprowadziło w końcu do zrozumienia wielu, niezrozumiałych do drugiej dekady XVIII wieku, zachodzących w naturze podstawowych zjawisk.

Pierwsza zasada dynamiki Newtona mówi, że jeśli na jakieś ciało nie działa żadna siła, lub działające siły się równoważą (w obu przypadkach mówimy, że wypadkowa siła jest równa zero), to ciało to może pozostawać w spoczynku, lub poruszać się ruchem ze stałą prędkością, po prostym torze, tzw. ruchem jednostajnym prostoliniowym.

W Lewitronie przykładem opisanego wyżej ciała jest nasz wirujący wokół własnej osi bączek. Zgodzimy się, że wirujący bączek nie zmienia swojego położenia w przestrzeni, więc spełnione jest założenie pierwszej zasady dynamiki - bączek pozostaje w spoczynku.

Mamy więc dwie możliwości, dla których bączek lewituje w powietrzu:

• albo na bączka nie działają żadne siły,
• albo jednak jakieś działają, ale się równoważą.

To jak to będzie? Jeśli odrzuciłeś Drogi Czytelniku pierwszy wariant, to gratulacje! Jesteś niezłym materiałem na uczonego!

Na bączka działa przynajmniej jedna siła, a mianowicie ta, przez którą my sami nie możemy swobodnie lewitować w powietrzu - siła grawitacji. Odkryta z resztą również przez geniusza Isaaca Newtona. Aby bączek lewitując pozostawał w spoczynku musi więc działać na niego jeszcze jakaś dodatkowa siła, która równoważyłaby siłę ciężkości, ale o tym za chwilę.

Przyjrzyjmy się teraz na moment budowie Lewitronu. W jego podstawie ukryty jest silny pierścieniowy magnes. Bączek również składa się z pierścieniowego magnesu., ale mniejszego niż w podstawie. Linie pól obu magnesów możesz obejrzeć na rysunku obok.

Starszy Czytelnik wie, że magnesy posiadają dwa bieguny: północny (N) i południowy (S). Ten, kto bawił się choć raz w życiu magnesami wie, że dwa magnesy, w zależności od tego, jak je względem siebie ustawią albo odpychają się, albo przyciągają.

Magnesy podstawy Lewitronu i bączka są zwrócone do siebie tymi samymi biegunami, więc to siła ich wzajemnego, magnetycznego odpychania jest tą siłą, która równoważy siłę grawitacji.

Powiedzieliśmy sobie, że bączek nie zmienia swojego położenia, niemniej jednak nie jest nieruchomy - obraca się wokół własnej osi. I aby móc lewitować musi się obracać. Ruch obrotowy bączka zapobiega jego wypadnięciu z pola magnetycznego podstawy.

Obracający się bączek działa jak żyroskop. Jego ruch obrotowy sprawia, że siły ziemskiego pola grawitacyjnego i siły pola magnetycznego podstawy nie są w stanie zmienić osi obracania się bączka. Zapobiega to więc obróceniu się bączka "do góry nogami" i jego spadnięciu z powodu oddziaływania wyżej wymienionych sił.

Ruch precesyjny, a więc odchylenie osi obrotu bączka od pionu, również odgrywa ważną rolę w jego lewitowaniu. Gdyby bączek obracał się dokładnie wzdłuż osi pionowej, nie wykonując precesji, cechy fizyczne pól magnetycznych spowodowałyby niestabilność punktu równowagi i skutki znane z powyższego akapitu.

W osiągnięciu lewitacji bączka ważną rolę odgrywa również jego ciężar, który wraz z oddziaływaniem magnetycznym podstawy z bączkiem, oraz z siłą przyciągania ziemskiego warunkują to, na jakiej wysokości i czy w ogóle znajdzie się punkt równowagi, w którym magnetyzm równoważyłby siłę grawitacji.

Niewielkie zmiany temperatury powodują zmiany namagnesowania podstawy i bączka. Jeśli ciężar nie jest korygowany według zmiany warunków temperaturowych, punkt równowagi znajdzie się poza przedziałem stabilności i bączek spadnie. Ponieważ przedział ten jest naprawdę niewielki, to korygowanie musi być bardzo ostrożne dlatego najlżejsza nakładka stanowi 0,3% wagi bączka.

Bączek Lewitronu może lewitować stosunkowo długo, niemniej jednak w końcu spada... Dlaczego?

Bączek obraca się stabilnie przy prędkości od 20 do 35 obrotów na sekundę. Natomiast jest całkowicie niestabilny przy obrotach powyżej 35 ?40 obrotów na sekundę i poniżej 18 obrotów na sekundę. Po uzyskaniu właściwej prędkości obrotu i poziomu lewitacji bączek stopniowo zwalnia z powodu oporu powietrza. Po kilku minutach przekracza dolny limit stabilności i spada.

Czas lewitacji mógłby zostać wydłużony przez umieszczenie Lewitronu w próżni. W kilku takich eksperymentach bączek opadł po 30 minutach. Dlaczego ?nie jest do końca jasne. Może zmienia się temperatura wytrącając bączek z równowagi, może występuje delikatna działająca w dłuższym czasie inna niestabilność związana ze zbyt małą prędkością obrotów albo wibracje sprzętu wytwarzającego próżnię zakłócają działanie pola magnetycznego i stopniowo wytrącają oś precesji bączka.

Lewitacja może być również wydłużona przez wpuszczenie strumienia powietrza ku ponacinanemu kołnierzowi umieszczonemu w górnej części bączka tak, aby utrzymał prędkość obrotu bączka na odpowiednim poziomie. W ostatnim eksperymencie bączek dzięki takiemu zainteresowaniu utrzymywał się w lewitacji przez kilka dni.

Dla chcących wiedzieć więcej >>>artykuł<<<.

Levitron świetnie sprawdzi się jako pomoc dydaktyczna na lekcje fizyki o:

• magnetyźmie,
• II zasadzie dynamiki Newtona,
• zasadzie zachowania momentu pędu.