Левітуючий квадрокоптер

- Яка маса цієї установки?
- Ну, спробуй підняти.
- Гаразд...
- Обережно.
- 48 кілограмів.
- Вона складається з чотирьох двигунів, з'єднаних із цими збірками магнітів, які обертаються.
І якщо обертати їх достатньо швидко, то установка справді левітуватиме?
- Саме так - Погляньмо, чи вдасться нам це зробити.
- Ти готовий? Вмикаємо.
[звук двигунів, що розкручуються] - Вона піднялася!
- Вона фактично літає.
- Невже справді?
- Так, звісно.
- Її тепер настільки легко можна переміщувати.
- Вражаюче.
- Спробуй штовхнути. Вона ніби жива.
- Овва!
- Вона може втримати певну вагу?
- Так.
- Це неймовірно.
То як ця установка працює?
Ну, це схоже на те, як магніт, що вільно падає в трубі, сповільнюється.
Щоразу, як магнітне поле біля провідника змінюється, в ньому виникають електричні струми, які породжують магнітне поле, що протидіє цим змінам.
І в нашому випадку магніти, що обертаються, наводять струми в мідній пластині.
Вони створюють магнітні поля, які є "дзеркальними відображеннями" магнітів, що обертаються.
Тож вони відштовхуються.
Якщо ротори обертаються достатньо швидко, це відштовхування забезпечує левітацію.
Приголомшливо.
- Вимикаємо.
Гаразд.
- Вона просто повільно опуститься.
Індукційні струми через електричний опір міді частково розсіюють енергію як тепло.
Ця мідна пластина досить гаряча.
- Вона нагрілася. Але руку ще можна тримати.
- Кілька секунд.
Це ніби чашка гарячої кави або чаю.
- Так.
Я вже бачив інший пристрій для електромагнітної левітації.
Там змінне магнітне поле створювалося великим електромагнітом, що й породжувало струми в легкій алюмінієвій пластині, яка левітувала.
Ого!
Пластина стала настільки гарячою, що на ній кипіла вода.
Погляньте, яка вона гаряча.
Якщо зблизити два магніти однаковими полюсами, вони ж будуть відштовхуватися.
- Так.
- Це все саме так працює?
- Не зовсім. Ні.
- Причина така: магнітні поля, які створюються струмами в мідному листі, є "віддзеркаленнями" прикладених магнітних полів.
- Все відбувається дуже швидко: індуковані магнітні поля рухаються за магнітами, що обертаються.
Змусити цю установку працювати набагато важче, ніж здається.
По-перше, магнітне поле постійних магнітів має бути дуже сильним.
Неодимові магніти сильні, але існує особлива конфігурація, в яку ви можете їх поєднати, щоб зробити поле іще сильнішим.
- Магнітна збірка Галбаха (Халбаха).
- Вони використовуються у прискорювачах частинок, і... в магнітах на холодильник.
- Магнітне поле сильніше на тому боці, який "прилипає" до холодильника.
Так вдається економити матеріал.
Магнітні лінії напрямлені з півночі на південь.
Зазвичай вони симетричні з обох боків магніту.
Але якщо розташувати магніти ось так, то лінії магнітного поля майже повністю будуть спрямовані на один бік магнітної збірки, тоді як на іншому боці магнітного поля не буде.
Така конфігурація створює дуже сильне магнітне поле, без зміни властивостей магнітів.
У цих роторах 12 клиноподібних магнітів.
Магнітні полюси зафіксовані в такій послідовності.
Це посилює магнітне поле на нижньому боці, і майже "вимикає" його на верхньому.
Коли магніти обертаються, в міді під ними також виникають струми, що обертаються.
Вони своєю чергою створюють магнітні поля, протилежні магнітним полям магнітів, що обертаються.
В підсумку виникає сила відштовхування, яка й піднімає квадрокоптер.
Але окрім підіймальної сили є ще й опір.
Енергія розсіюється у формі тепла, що створюється наведеними в міді струмами.
Ця енергія пов'язана з тим, що магнітні поля індукційних струмів не є ідеальними "віддзеркаленнями" магнітів угорі.
Натомість індуковані магнітні полюси трохи випереджають магніти, створюючи гальмівний момент, тобто гальмуючи ротор з магнітами.
Саме тому ротори на протилежних кутах повинні обертатися в протилежних напрямах.
Тому, що інакше вони створюватимуть обертальний момент, який повертатиме установку в цьому напрямі. А так ці моменти протилежні.
Цей принцип був використаний для досягнення левітації в поїздах на магнітній підвісці (маглевах) і у говербордах.
І він задіяний в роботі Hyperloop (Гайперлуп) - швидкісній системі транспортування людей і вантажів по трубах при дуже низькому тиску.
Але замість обертання магнітів сам рух транспортного засобу створюватиме змінне магнітне поле у провідній доріжці внизу.
То ти вважаєш, що скоро ми подорожуватимемо саме так?
- Прогрес в розвитку цифрових контролерів двигунів і дуже потужних магнітів означатиме, що переміщення людей та вантажів на надзвичайно високих швидкостях викликає й надалі викликатиме у нас щире захоплення.
- Дістатися з одного міста в інше можна буде упродовж одного дня, і мільярд або й два мільярди людей користуватимуться цим постійно.