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如何构建磁悬浮顶部:12个步骤(带图片)

不要嘲笑我們的性

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Anonim

没有,没有Photoshop和没有钓鱼线用来制作这张照片,只有100%的纯物理和一些耐心。这个教练解释了如何建立自己的顶部悬浮在空中像飞碟。

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第1步:视频概述

这个instructable的一些步骤很难用纯文本解释,甚至用静态图片显示,所以我建议你也看看这个视频,说明构建和调整过程。有时候看一次比阅读一百次更好。


第2步:恩萧的定理

你有没有试过在其他磁铁的帮助下悬浮磁铁?这似乎很容易:因为磁铁可以相互排斥,你可能会把一堆磁铁放在一起,这样它们就可以将另一块磁铁推向系统的中心。或者甚至可能建造一个由磁铁制成的球体,这个球体可以将另一块磁铁悬挂在中心。但是,如果这很容易,为什么建造使用磁悬浮的火车是如此困难?如果你尝试这些“简单”的方法,你会发现它们都不起作用。事实上早在1842年,英国数学家塞缪尔·恩萧(Samuel Earnshaw)证明,实际上不可能在其周围静态放置其他常规磁铁的帮助下将常规磁铁悬挂在太空中。嗯,他并没有证明这一点,但这是从他原来的定理得出的。该定理的证明包含太多的希腊字母来解释它在这个简短的指导中,所以让我们相信那些三重检查并发现它正确的聪明人。
因此,仅使用一堆其他磁铁就不可能将磁铁悬挂在太空中。但看看视频。有一个大的环形陶瓷磁铁和另一个也是顶部的磁铁。如果我小心地将第二个磁铁旋转到第一个磁铁上方,它确实会悬空在空中。怎么可能?!让我们来谈谈这个以及Earnshaw定理中的其他一些漏洞,并实际构建一些磁悬浮装置。这会很酷!

第3步:物料清单

实际上很容易构建这个悬浮顶部。您可以在下面找到我使用的确切物料清单。您可以将它用作参考来完全复制我的配置:
*大磁铁实际上是两个115x45x20mm磁铁的堆叠:http://www.magnet4sale.com/ceramic-magnets-ring/
*小磁铁取自1.42“杯形磁铁。为了从杯子中取出陶瓷磁铁,我将其放入热水中20分钟以松开胶水,然后用螺丝刀撬起并按照视频中所示的方式拉出,并在这个可指导的步骤#6中进一步解释。
除了我用过的那个
* Michaels的6.56毫米(1/4英寸)木销
* Home Depot的一堆橡胶和黄铜(即非磁性)垫圈(Lowes有更好的橡胶垫圈选择,Home Depot有更多的黄铜垫圈)。实际上,对于这种精确设置,我只使用了一个直径为32mm,厚度为1.3mm的垫圈。所有其他黄铜垫圈在最终版本中都没有必要。
*从您的橱柜塑料容器覆盖大磁铁。我使用了来自Rubbermaid的直径为68毫米,直径为143毫米的容器#12(1.5pt)。
* Lowes的铝或塑料(即非磁性)板材
*好的电动胶带
总而言之,这个设置花了我大约30美元。

第四步:塑料容器?!真的吗?!

塑料容器需要彼此保护磁铁。无论你多么小心,顶部都会不断下降并最终击中磁铁。每次发生这种情况时,小的尖锐芯片都会从磁铁上脱落。除了覆盖你的工作场所对电子磁性粉尘有潜在危险外,它们还会破坏你微调顶部的所有努力。您不希望这样,防止它的最佳方法是用塑料容器覆盖大磁铁。

第五步:高度很重要

塑料容器的另一个功能是调节顶部和大磁铁之间的距离。正如您在视频中看到的那样,这个距离对于成功的初始旋转非常关键。容器的顶部(加上板材)应该非常靠近大磁铁停止顶部并开始吸引顶部的位置。实际上,您甚至可以沿顶部阀杆移动小磁铁,以精确校准此距离。如果你试图在正确调节的容器顶部旋转顶部,它实际上会稳定5-6秒并完全旋转。

第6步:检索较小的磁铁

我得到的较小的磁铁是在钢杯内。为了从杯子中取出磁铁,我将其浸泡在热水中约20分钟,然后用螺丝刀撬开并取下磁铁。

第7步:做顶部

使用销钉将小磁盘磁铁转到顶部。我从榫钉上切下约32毫米,用打磨纸打磨一端,使其呈抛物线状,使其更光滑。
如果您正好遵循rtfms.com的规格,请添加橡胶垫圈,使其重量约为12.5克。确保在顶部和刻度尺之间放置一个非磁性垫片,否则刻度尺的金属部分会吸引磁铁,测量的重量将不准确。有关详细信息,请参阅视频

第8步:建立基地

由于我使用两个较小的磁铁作为基座而不是一个大的,这是我堆叠它们的步骤。不要只把一个放在另一个上面 - 你会损坏磁铁和手指。而是将顶部磁铁滑到另一个顶部。如果这不起作用并且磁铁相互排斥,则翻转其中一个磁铁并重复尝试。如果您有一个大磁铁,可以跳过此步骤。
用容器盖住大磁铁,将铝板放在上面,底座准备就绪。

步骤9:调整底座的方向和高度

现在是几个步骤的时间,有很多文字,没有图片。用静态文本解释动态问题真的很难,所以请检查步骤#1中的视频,看看它是如何工作的。
将由非磁性材料制成的平板放在塑料容器的顶部并尝试旋转顶部。很有可能它不仅会漂浮而且会旋转。有几件事可能有问题:
*大磁铁倒置。取下盖子,慢慢放下盖子。如果,在降低顶部时,你会感觉不到任何东西,你觉得顶部是坐在磁枕上然后是错误的一面。翻转大磁铁。现在,当你降低它时,顶部会感觉到一些阻力,而不是大磁铁开始将它拉入孔内。这是正确的方向。把盖子放回去。
*顶部在大磁铁上方太高,因此大磁铁会排斥它,一旦你旋转它就会立即飞走。通过提升大磁铁,减少从顶部到大磁铁的距离。垫圈和奶瓶杯可以帮助您抬起大磁铁。
*顶部在大磁铁上方太低,因此大磁铁吸引顶部太多,陀螺力不足以保持直线。在这种情况下,它会在您释放后立即掉落并翻滚。你需要增加顶部和磁铁之间的距离。例如,您可以通过将塑料容器提升到瓶盖的垫圈上来实现。
当大磁铁阻挡顶部并开始吸引时,顶部的完美位置略低于该点。调整塑料容器下方磁铁的高度,以便在尝试旋转时顶部正好位于此位置。您也可以单独移动顶部阀杆上的小磁铁来微调设置。
请注意,在此位置,您可能需要在旋转时轻轻向上推顶部。如果你发现这个不方便随意减少磁铁之间的距离。
事实上,旋转还会出现另外一件事:速度。
*如果旋转顶部太慢,它将开始过度进动并且下降得太快
*如果你旋转顶部太快,它将开始进动得更快,也会下降。
*旋转顶部不要太快,也不要太慢。实际上从慢速开始并继续增加速度,直到达到最高速度,然后顶部发疯。
除了初始旋转之外,旋转稳定的磁悬浮仅在1000至3000RPM(每分钟转数)的速度下工作。因此,比3000RPM更快地旋转顶部将无助于使其飞行时间更长。
一旦你正确定位顶部,它应该能够在纸张上稳定旋转。事实上,如果你是幸运和耐心的,你可以将它定位在一个自我稳定的地步。即使你旋转不太好,它也会最终变直。
哦,更重要的是你开始旋转的地方 - 它应该恰好发生在大磁铁的中心上方,否则小磁铁会翻滚而根本不会旋转。

第10步:

现在是时候开始第二阶段了:粗调。缓慢而稳定地抬起纸张,保持水平。有几件事可能发生:
*一旦你抬起床单,顶部跳跃并飞走了。这意味着顶部太轻,并且重力不足以补偿磁斥力。在顶部添加一些重量。黄铜垫圈是最重的垫圈,橡胶垫圈较轻。你也可以打磨垫圈来调整它们的重量。
*您不断抬起纸张,但顶部永远不会取下纸张。顶部太重,磁力排斥力不足以补偿引力。从顶部卸下垫圈。如果这是最后一个垫圈,则用较轻的垫圈更换。如果顶部即使没有垫圈就不会起飞,那么你需要一套更坚固的磁铁。
在顶部添加和移除垫圈后,当顶部取下板材时,应该到达一个点,试图悬浮在磁铁顶部,但是在半秒后它会飞走。如果你注意到它总是朝着同一个方向飞行,那么它就是第3阶段的时间:平整。
*顶部始终朝同一方向飞行的原因是因为大磁铁的磁场是净水平的。就像一个球滚下山坡,我们的顶部滚下磁山。由于大磁铁可能会被不均匀地磁化,因此您甚至无法使其成为水平的常规水平。你需要不断调整大磁铁水平,直到顶部开始向不同方向飞走。还要确保大磁铁位于坚固的表面上,如桌子。地毯将无法工作,因为您需要过于频繁地重新放置磁铁。
事实是你可能需要同时进行第2阶段和第3阶段,因为它有时不清楚为什么顶部飞得这么快。它可以是磁场水平和重量。
同样,您可以在大磁铁下方放置垫圈或其他厚的,最好是非磁性的,以便使其平整。如果你想在这个项目中使用微控制器,你甚至可以使用Arduino作为垫片:)

第11步:调整重量

在这一点上,几乎所有东西都工作得很好,除了顶部仍然无法漂浮,因为它飞走了。阶段4的时间:最终微调。
*继续增加顶部的重量。您需要在顶部添加小重量。实际上,微调重量非常小,以至于垫圈不再起作用。我们说的是0.1g(0.004oz)精度。调整重量的最佳候选者是电子胶带。继续粘贴小块电带直到顶部停止飞走。
*如果在某些时候,顶部悬浮几秒钟而不是倒下 - 取出一条带,将其切成两半并将一半粘在上面。
使用电动胶带,你可以建立一个漂浮一两分钟的顶部。其中一个问题是胶带条的空气动力学性能差。一旦你弄清楚了最终的重量,最好用一堆黄铜垫圈代替它。这将使飞行时间增加到5分钟(嗯,2-3分钟是更现实的时间)。
更重要的是整个顶部应该非常坚固。任何作品都不应该是不安全或不稳定的。必要时使用疯狂的胶水,但让它感觉像一块坚固的一块。

第12步:让你的朋友惊喜!

如果你完成了所有这些微调的疯狂,那么现在是时候快速打电话给你的朋友并让他们感到惊讶。快点做吧!问题是效果非常不稳定。一旦房间温度发生变化 - 您将需要减少微调。湿度变了吗?一样。有人把剪刀放在附近吗?再次调整。或者移开剪刀,无论更容易:)
这种磁悬浮如此不稳定的事实大大降低了它的可用性。基本上除了令人惊叹的人,你不能做太多。在未来的教学中,我将解释如何构建更实用的悬浮设备,所以投票,关注,喜欢,订阅和保持DIY!
如果你喜欢这个Instructable,请检查我的其他instructables。感谢您阅读和观看!

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