Startramp

Gilles Charles arbetar vid universitetet i Orléans och publicerar många av sina experiment med våra magneter på YouTube. Här visar han en genial avfyrningsramp för kulor ...

Vår enhet består av en ränna, till exempel av aluminium, med magneter monterade på den.

Den viktigaste punkten är placeringen av magneterna: Dessa måste ordnas så att polerna är identiskt riktade på varje sida av rännan, det vill säga till exempel att alla visar sin sydpol på vänster sida och sin nordpol på höger sida.

I experimentet som visas i videon används små kubmagneter av typen W-05-G, men man kan även använda skivor. Om dessa skivor är axialt magnetiserade, måste de placeras vertikalt, som små hjul. Avståndet mellan magneterna spelar ingen större roll, men för att uppnå en bra acceleration måste de vara tillräckligt nära varandra. Beroende på magnetstyrka varierar detta; i vårt experiment är de placerade cirka 5 mm från varandra.

I slutet av rampen placeras två magneter ovanpå varandra på varje sida istället för bara en. Detta skapar en magnetfälla: ett starkare magnetfält som sedan stoppar kulan.

Kugelmagneten placeras nu cirka 2 cm från början av rampen. Det är inte nödvändigt att sätta kulan i rullning, magnetfälten från magneterna som är utplacerade på rampen drar kulan mot rampens slut. Det starka magnetfältet från fällan i slutet av rampen stoppar kulan.

Glaskulan placeras precis framför slutmagneten på rampen, så att kugelmagneten kommer att träffa den med maximal hastighet. Medan kugelmagneten stoppas av "magnetfällan", skjuts glaskulan iväg.

Förklaring:

En kula som rullar in i en fördjupning dras mot dess lägsta punkt. Fördjupningen kallas även för en "potentialbrunn". Denna term kan vi också använda för att förklara den magnetiska uppskjutningsrampen.

För detta ändamål betraktar vi först en förenklad ramp med endast ett magnetpar. Detta magnetpar bildar tillsammans med rännans väggar, som kulan leds av, en potentialgrop. Kulan dras mot dess "lägsta" punkt. Denna punkt befinner sig mellan de två rampmagneterna. Om vi låter kulan rulla in i denna "grop" kommer den att rulla fram och tillbaka tills den (på grund av friktionsförluster och mycket liten utstrålning av elektromagnetisk energi) stannar i mitten.

Om vi nu istället för två kubmagneter använder två långa tvärpolariserade stavmagneter, får vi följaktligen en utdragen potentialbrunn.

Man kan också föreställa sig att det långa magnetparet sågas upp i korta par och skjuts ihop utan mellanrum (i längdriktningen). Detta förändrar ingenting jämfört med de osågade stavarna. Om vi däremot skjuter isär de sågade magnetparen i längdriktningen, bildar de tillsammans med rännan fortfarande en symmetrisk potentialbrunn, men avstånden mellan magnetparen gör denna brunn vågig. Om avstånden mellan dessa vågor (dvs. avstånden mellan magnetparen) inte är för stora, rullar kulan också fram och tillbaka tills den stannar.

Vid avfyrningsrampen är denna symmetri nu upphävd.

Genom "stoppmagneterna" i slutet av rampen deformeras hela potentialbrunnen osymmetriskt. Den lägsta punkten i brunnen befinner sig nu mellan stoppmagneterna. Kulan faller ner i denna punkt, det vill säga, den pendlar fram och tillbaka i "slutbrunnen" tills dess rörelseenergi på grund av friktionen har omvandlats till värme. Pendelrörelsen hörs tydligt som ett surrande i videon.