Магнитный парашют: как замедлить падение с помощью… магнита. Неодимовый магнит и медная (или алюминиевая) труба заставят ваших зрителей немало поломать голову над причинами наблюдаемого явления.
Многие даже вполне взрослые люди не понимают связь между магнетизмом и электричеством. Между тем эта связь лежит в основе практически всей современной электротехники — от генераторов до электродвигателей. А показать ее проще всего с помощью обычного магнита и куска медной трубы.
Для эксперимента понадобится всего две вещи — это неодимовый магнит (лучше всего цилиндрический) и обычная металлическая труба из немагнитного материала, например меди. Внутренний диаметр трубы должен быть чуть больше (скажем, в полтора-два раза), чем внешний диаметр магнита. Ну а теперь попробуйте просто уронить магнит на пол — на первый раз вне трубы.
По мере падения магнита магнитный поток в трубе изменяется таким образом, что индуцирует (наводит) электрический ток, направление которого определяется по правилу Ленца. Этот ток в свою очередь порождает магнитное поле.
Если вы ростом не с дядю Степу, то примерно через полсекунды услышите характерный стук магнита об пол (а если все-таки вы дяде Степе ровня, то понадобится на 0,1 с больше). А теперь поднимите магнит с пола и бросьте его внутрь ориентированной вертикально трубы. И пока вы ждете появления магнита из нижнего среза совершенно немагнитной (но обязательно проводящей!) трубы, попробуем объяснить, почему для этого нужно столько времени.
Самое простое объяснение наблюдаемого явления основано на двух базовых принципах электромагнетизма: 1. Изменение магнитного поля наводит в окружающих проводниках электрический ток. 2. Электрический ток порождает связанное с ним магнитное поле. Падение будет тормозиться независимо от ориентации магнита (и даже при перевороте во время падения).
Кстати, можете заглянуть в трубу через верхний торец — не застрял ли там магнит? Нет, не застрял — просто он падает очень медленно. Причиной тому неразрывная связь магнетизма и электричества. Движение магнита порождает изменение магнитного поля, которое, в свою очередь, наводит в трубе циркулирующие круговые токи.
Над падающим магнитом магнитный поток уменьшается. Направление тока при этом таково, что магнитное поле этого тока притягивает магнит сверху, затормаживая падение.
А эти токи порождают магнитные поля, которые взаимодействуют с полем магнита, замедляя его падение. Ну вот, теперь вы знаете причину и можете продемонстрировать своим друзьям эффектный фокус. Точнее, сможете это сделать, когда магнит наконец пролетит трубу до конца.
А вот и магнит!
Под падающим магнитом магнитный поток нарастает. Направление тока при этом таково, что магнитное поле этого тока отталкивает магнит снизу, тоже затормаживая падение.
Статья «Магнитный парашют» опубликована в журнале «Популярная механика» (№9, Сентябрь 2013).
Дмитрий Мамонтов
19.03.2018