Levitace magnetu

Pomůcky: Levitron – souprava pro levitaci magnetu, železné pilinky, podložka.

Permanentní magnety nelze uspořádat tak, aby vytvořily statickou soustavu ve které by se jeden magnet vznášel v poli ostatních a ničeho jiného se nedotýkal. Dynamickou rovnováhu, alespoň na určitou dobu, nastavit můžeme. Umožňuje to např. hračka zvaná Levitron. V podstatě jde o rotující magnet vznášející se v magnetickém poli druhého magnetu. Základnu tvoří poměrně velký magnet ve tvaru plochého hranolu 1 x 8 x 8 cm. Má poměrně složitou magnetizaci. Na obvodu má magnetické pole jeden směr, ve střední části opačný. Nad středem čtverce má magnetické pole směr osy a mění orientaci se vzdáleností. V těsné blízkosti základny směřuje jedním směrem, ve větší vzdálenosti opačným.

Nad hranol umístíme destičku, na které roztočíme nízký válcový magnet jako setrvačník. Při povrchu kvádru na něj působí síla přitažlivá. Destičku zvedneme o několik centimetrů výše do oblasti, kde má pole opačný směr a rotující magnet je odpuzován. Odpudivá síla nepatrně převyšuje tíhu magnetu a gyroskopický moment zabraňuje převrácení magnetu. Magnet se proto vznese z destičky ještě o několik milimetrů do takové výšky, kde již je tíha v rovnováze s odpudivou silou působící mezi magnety. V této rovnovážné poloze setrvá tak dlouho, dokud se třením a dalšími ztrátami energie jeho otáčky nesníží natolik, že ho již setrvačníkový efekt neudrží ve směru, kdy se odpuzuje od magnetu pod sebou. Nestabilita se projeví nejprve zesílením precese, která končí převrácením magnetu a jeho pádem na destičku. Nejdéle uskutečněná levitace trvala něco přes dvě minuty. Po celou dobu se magnet vznáší asi 4 cm nad destičkou. Je pod ním možno pohybovat dlaní, sešitem a pod.

Zajímavý je průběh magnetických indukčních čar. Pilinové obrazce v různých vzdálenostech od horní podstavy magnetu Levitronu jsou na následujících obrázkách.

Těsně při povrchu, v úzkém pásu při obvodu jdou magnetické indukční čáry kolmo k podstavě. Uprostřed, kde je magnet zmagnetován obráceně jdou opačným směrem (obr. 3).

Tři cm nad povrchem je uprostřed oblast bez indukčních čar (obr. 4).

Šest centimetrů vysoko již směřují indukční čáry pouze od magnetu (obr. 5).