Левитация сверхпроводника над магнитом
Бывают вещи, которые, вроде бы, понимаешь, но не «принимаешь». В моём списке на первом месте стоят гравитация и электромагнитные поля. Несмотря на ФизТех и на то, что по э/м у меня была единственная хорошая оценка из всех остальных разделов физики, я не понимаю, на чём основан подобный эффект:
Благодаря другим видеороликам до меня начало доходить, что же там происходит (моё предположение оказалось неверным, но об этом позже). Объясню на бытовом уровне. У физиков моё объяснение может вызвать смех (я предупредил).
Опыт с медной трубкой (возможен благодаря тому, что магнит не притягивается к меди):
Опыт с магнитом, не желающим больно стукнуться о медный диск :)
В опытах металл и магнит движутся друг относительно друга. В результате изменяющегося магнитного потока в металле возникают индукционные токи. (По-простому: двигаем магнит рядом с металлом — по металлу начинает идти ток.) По закону Ленца действие этих токов вызывает магнитное поле, обратное силе, вызывающей их. Это поле тормозит движение магнитов. Условно говоря, система сопротивляется.
Попробуем провести аналогию с движением искусственных спутников, которые находятся в вечном падении, но не падают. Так происходит потому, что сила притяжения уравновешивается силой, направленной от центра вращения.
Далее представим, что мы подобрали такие параметры магнита и/или металла, чтобы падение магнита круто замедлилось (например, чтобы он упал только через 100 лет). И после этого несложно представить бесконечное «падение», которое мы и наблюдаем.
Если роль металла выполняет сверхпроводник, то потери тока сводятся к минимуму. Описанные силы компенсируют друг друга полностью, и сверхпроводник находится на месте. Что значит «на месте»? Строго на месте? Тут я понял, что опять ничего не понимаю :)
Представим, что при движении первого предмета возникает такая мгновенная реакция в системе, что его «спутник» в точности повторяет эти движения. Тогда никаких колебаний быть не должно. Однако же, мы видим, что и диск, и магнит при толчках колеблются относительно точки стабилизации. Объяснить это чем-то другим, кроме «запоминания» положения, невозможно. Поэтому придётся разобраться, как работает «память» системы в этих опытах. Следующее видео очень хорошо показывает, что диск стабилизируется почти в любом положении, причём как над магнитом, так и под ним:
Начав копать эту тему, я наткнулся на понятие «флюксоиды», в котором ещё предстоит разобраться. Привожу вольный перевод заметки про эти эксперименты:
Сверхпроводимость и магнитное поле не любят друг друга. Когда это возможно, сверхпроводник выгоняет всё магнитное поле изнутри себя (эффект Мейснера). Поскольку диск очень тонкий, магнитное поле не проникает внутрь него, но оно делает это небольшими дискретными порциями — флюксоидами (это квантовая физика все-таки!). Внутри каждого флюксоида сверхпроводимость локально разрушается. Диск будет пытаться сохранить флюксоиды, лежащие в слабых областях. Любое движение диска вызовет смещение флюксоидов. Для того, чтобы предотвратить это, диск остаётся «висящим» в воздухе.
Пока что легче не стало : )))
