Ang Levitation ay ang pagtagumpayan ng grabidad, kung saan ang paksa o bagay ay nasa kalawakan nang walang suporta. Ang salitang "levitation" ay nagmula sa Latin na Levitas, na nangangahulugang "gaan".
Mali ang levitation na itumbas sa paglipad, dahil ang huli ay nakabatay sa air resistance, kaya naman lumilipad ang mga ibon, insekto at iba pang hayop, at hindi lumulutang.
Levitation sa physics
Ang Levitation sa physics ay tumutukoy sa matatag na posisyon ng isang katawan sa isang gravitational field, habang ang katawan ay hindi dapat hawakan ang iba pang mga bagay. Ang Levitation ay nagpapahiwatig ng ilang kinakailangan at mahirap na kondisyon:
- Isang puwersang maaaring i-offset ang gravitational pull at force of gravity.
- Ang puwersang makakasiguro sa katatagan ng katawan sa kalawakan.
Mula sa batas ng Gauss, sumusunod na sa isang static na magnetic field, ang mga static na katawan o bagay ay hindi kayang mag-levitation. Gayunpaman, kung babaguhin mo ang mga kundisyon, makakamit mo ang levitation.
Quantum Levitation
Unang nalaman ng pangkalahatang publiko ang quantum levitation noong Marso 1991, nang ang isang kawili-wiling larawan ay nai-publish sa siyentipikong journal Nature. Ipinakita nito ang direktor ng Tokyo Superconductivity Research Laboratory na si Don Tapscott, na nakatayo sa isang ceramic superconducting plate, at walang nasa pagitan ng sahig at ng plato. Ang larawan ay naging totoo, at ang plato, na, kasama ang direktor na nakatayo dito, ay tumitimbang ng humigit-kumulang 120 kilo, ay maaaring lumutang sa itaas ng sahig salamat sa isang superconductivity effect na kilala bilang Meissner-Ochsenfeld effect.
Diamagnetic levitation
Ito ang pangalan ng uri ng pagkakasuspinde sa magnetic field ng isang katawan na naglalaman ng tubig, na mismo ay isang diamagnet, iyon ay, isang materyal na ang mga atomo ay may kakayahang ma-magnetize laban sa direksyon ng pangunahing electromagnetic. field.
Sa proseso ng diamagnetic levitation, ang pangunahing papel ay ginagampanan ng mga diamagnetic na katangian ng mga conductor, na ang mga atomo, sa ilalim ng pagkilos ng isang panlabas na magnetic field, ay bahagyang nagbabago sa mga parameter ng paggalaw ng mga electron sa kanilang mga molekula, na kung saan humahantong sa hitsura ng isang mahinang magnetic field sa tapat ng direksyon sa pangunahing isa. Ang epekto ng mahinang electromagnetic field na ito ay sapat na upang madaig ang gravity.
Upang ipakita ang diamagnetic levitation, paulit-ulit na nagsagawa ng mga eksperimento ang mga siyentipiko sa maliliit na hayop.
Ginamit ang ganitong uri ng levitation sa mga eksperimento sa mga buhay na bagay. Sa panahon ng mga eksperimento saisang panlabas na magnetic field na may induction na humigit-kumulang 17 Tesla, isang suspendido na estado (levitation) ng mga palaka at daga ang nakamit.
Ayon sa ikatlong batas ni Newton, ang mga katangian ng mga diamagnet ay maaaring gamitin sa kabaligtaran, iyon ay, upang i-levitate ang isang magnet sa larangan ng isang diamagnet o upang patatagin ito sa isang electromagnetic field.
Ang Diamagnetic levitation ay kapareho ng quantum levitation. Iyon ay, tulad ng pagkilos ng Meissner effect, mayroong isang ganap na pag-aalis ng magnetic field mula sa materyal ng konduktor. Ang kaunting pagkakaiba lang ay para makamit ang diamagnetic levitation, kailangan ng mas malakas na electromagnetic field, gayunpaman, hindi na kailangang palamigin ang mga conductor upang makamit ang superconductivity ng mga ito, gaya ng kaso sa quantum levitation.
Sa bahay, maaari ka ring mag-set up ng ilang mga eksperimento sa diamagnetic levitation, halimbawa, kung mayroon kang dalawang plato ng bismuth (na isang diamagnet), maaari kang magtakda ng magnet na may mababang induction, mga 1 T, sa isang suspendido na estado. Bilang karagdagan, sa isang electromagnetic field na may induction na 11 Tesla, maaari mong patatagin ang isang maliit na magnet sa isang nakasuspinde na estado sa pamamagitan ng pagsasaayos ng posisyon nito gamit ang iyong mga daliri, habang hindi nahawakan ang magnet.
Ang mga madalas na nagaganap na diamagnet ay halos lahat ng inert gas, phosphorus, nitrogen, silicon, hydrogen, silver, gold, copper at zinc. Maging ang katawan ng tao ay diamagnetic sa tamang electromagnetic magnetic field.
Magnetic levitation
Mabisa ang Magnetic levitationisang paraan ng pagbubuhat ng bagay gamit ang magnetic field. Sa kasong ito, ginagamit ang magnetic pressure upang mabayaran ang gravity at free fall.
Ayon sa theorem ni Earnshaw, imposibleng hawakan ang isang bagay sa isang gravitational field nang tuluy-tuloy. Ibig sabihin, imposible ang levitation sa ilalim ng ganitong mga kundisyon, ngunit kung isasaalang-alang natin ang mga mekanismo ng pagkilos ng mga diamagnet, eddy currents at superconductor, maaaring makamit ang epektibong levitation.
Kung ang magnetic levitation ay nagbibigay ng lift na may mekanikal na suporta, ang phenomenon na ito ay tinatawag na pseudo-levitation.
Meissner effect
Ang Meissner effect ay ang proseso ng ganap na pag-alis ng magnetic field mula sa buong volume ng conductor. Karaniwan itong nangyayari sa panahon ng paglipat ng konduktor sa estado ng superconducting. Ito ang pinagkaiba ng mga superconductor sa mga ideal - sa kabila ng katotohanang pareho silang walang resistensya, nananatiling hindi nagbabago ang magnetic induction ng mga ideal conductor.
Sa unang pagkakataon ang phenomenon na ito ay naobserbahan at inilarawan noong 1933 ng dalawang German physicist - Meissner at Oksenfeld. Kaya naman tinatawag minsan ang quantum levitation na Meissner-Ochsenfeld effect.
Mula sa mga pangkalahatang batas ng electromagnetic field, sumusunod na sa kawalan ng magnetic field sa volume ng isang conductor, isang surface current lamang ang naroroon dito, na sumasakop sa espasyo malapit sa surface ng superconductor. Sa ilalim ng mga kundisyong ito, ang isang superconductor ay kumikilos sa parehong paraan tulad ng isang diamagnet, habang hindi isa.
Ang Meissner effect ay nahahati sa buo at bahagyang, sadepende sa kalidad ng mga superconductor. Ang buong Meissner effect ay makikita kapag ang magnetic field ay ganap na naalis.
Mga superconductor na may mataas na temperatura
Mayroong ilang mga purong superconductor sa kalikasan. Karamihan sa kanilang mga superconducting na materyales ay mga haluang metal, na kadalasang nagpapakita lamang ng bahagyang Meissner effect.
Sa mga superconductor, ito ay ang kakayahang ganap na ilipat ang magnetic field mula sa volume nito na naghihiwalay sa mga materyales sa mga superconductor ng una at pangalawang uri. Ang mga superconductor ng unang uri ay mga purong sangkap, tulad ng mercury, lead at lata, na may kakayahang ipakita ang buong Meissner effect kahit na sa mataas na magnetic field. Ang mga superconductor ng pangalawang uri ay kadalasang mga haluang metal, pati na rin ang mga keramika o ilang mga organikong compound, na, sa ilalim ng mga kondisyon ng isang magnetic field na may mataas na induction, ay may kakayahang bahagyang ilipat ang magnetic field mula sa kanilang dami. Gayunpaman, sa ilalim ng mga kondisyon ng napakababang lakas ng magnetic field, halos lahat ng superconductor, kabilang ang uri II, ay may kakayahang magkaroon ng buong Meissner effect.
Ilang daang haluang metal, compound at ilang purong materyales ang kilala na may mga katangian ng quantum superconductivity.
Mohammed's Coffin Experience
Ang "kabaong ni Mohamed" ay isang uri ng panlilinlang na may levitation. Ito ang pangalan ng eksperimento na malinaw na nagpakita ng epekto.
Ayon sa alamat ng Muslim, ang kabaong ni Propeta Mohammed ay nasa himpapawid, nang walang anumang suporta at suporta. Eksaktokaya ang pangalan ng karanasan.
Siyentipikong paliwanag ng karanasan
Maaari lang makamit ang superconductivity sa napakababang temperatura, kaya dapat palamigin nang maaga ang superconductor, halimbawa, na may mga high-temperature na gas gaya ng liquid helium o liquid nitrogen.
Pagkatapos ay inilalagay ang isang magnet sa ibabaw ng isang flat cooled superconductor. Kahit na sa mga patlang na may pinakamababang magnetic induction na hindi hihigit sa 0.001 Tesla, ang magnet ay tumataas sa ibabaw ng superconductor ng mga 7-8 millimeters. Kung unti-unti mong tataas ang lakas ng magnetic field, tataas ang distansya sa pagitan ng ibabaw ng superconductor at ng magnet.
Magpapatuloy ang pag-levitate ng magnet hanggang sa magbago ang mga panlabas na kondisyon at mawala ang superconductor na mga katangian nito sa superconducting.
