Odpalovací rampa

Gilles Charles působí na univerzitě v Orléans a zveřejňuje mnoho svých experimentů s našimi magnety na YouTube. Zde například představuje geniální odpalovací rampu pro kuličky ...

Naše zařízení se skládá z žlabu, například z hliníku, na kterém jsou namontovány magnety.

Nejdůležitějším bodem je umístění magnetů: Ty musí být uspořádány tak, aby na každé straně žlabu byly póly orientovány stejně, to znamená například, že na levé straně směřují všechny svým jižním pólem a na pravé straně severním pólem.

V experimentu ukázaném na videu jsou použity malé kostkové magnety typu W-05-G, lze však použít i kotouče. Pokud předpokládáme, že tyto kotouče jsou axiálně magnetizované, měly by být umístěny vertikálně, jako malá kolečka. Vzdálenost mezi magnety nehraje velkou roli, ale pro dosažení pěkného zrychlení musí být dostatečně blízko u sebe. V závislosti na síle magnetu se to liší, v našem experimentu jsou umístěny přibližně 5 mm od sebe.

Na konci rampy jsou na každé straně umístěny dva magnety na sobě místo jednoho. Tím vznikne magnetická past: silnější magnetické pole, které kuličku zastaví.

Kulatý magnet je nyní umístěn přibližně 2 cm od začátku rampy. Není třeba uvádět kuličku do pohybu, magnetická pole magnetů rozmístěných na rampě přitahují kuličku směrem ke konci rampy. Silné magnetické pole pasti na konci rampy kuličku zastaví.

Skleněná kulička je položena těsně před koncový magnet na rampu tak, aby ji kulatý magnet zasáhl maximální rychlostí. Zatímco je kulatý magnet zastaven „magnetickou pastí“, skleněná kulička je vystřelena.

Vysvětlení:

Kulička, která se kutálí do prohlubně, je přitahována jejím nejhlubším bodem. Tato prohlubeň se nazývá také „potenciálová jáma“. Tento pojem lze využít i při vysvětlení magnetické odpalovací rampy.

Nejprve se zaměříme na zjednodušenou rampu s pouze jedním párem magnetů. Toto magnetické párování spolu se stěnami žlábku, kterým je kulička vedena, vytváří potenciálovou prohlubeň. Kulička je přitahována k jejímu „nejhlubšímu“ bodu. Ten se nachází mezi oběma rampovými magnety. Pokud necháme kuličku do této „prohlubně“ vjet, bude se pohybovat tam a zpět, dokud se (vlivem ztrát třením a velmi malého vyzařování elektromagnetické energie) nezastaví uprostřed.

Použitím dvou dlouhých příčně polarizovaných tyčových magnetů namísto dvou kostkových magnetů vzniká protáhlé potenciálové údolí.

Lze si představit, že dlouhý pár magnetů je rozřezán na krátké páry a tyto jsou bez mezer (v podélném směru) přitlačeny k sobě. Tím se nic nemění oproti nerozřezaným tyčím. Pokud však nyní posuneme rozřezané páry magnetů v podélném směru od sebe, vytvoří spolu s drážkou stále symetrickou potenciálovou prohlubeň, avšak mezery mezi páry magnetů způsobí, že je tato prohlubeň zvlněná. Pokud nejsou vzdálenosti mezi těmito vlnami (tedy mezery mezi páry magnetů) příliš velké, koule se také kutálí tam a zpět, dokud se nezastaví.

U odpalovací rampy je nyní tato symetrie narušena.

Díky „zastavovacím magnetům“ na konci rampy je celá potenciální prohlubeň nesymetricky deformována. Nejnižší bod prohlubně se nyní nachází mezi zastavovacími magnety. Kulička do tohoto bodu zapadne, což znamená, že v „konečné prohlubni“ kmitá tam a zpět, dokud se její kinetická energie vlivem tření nepřemění na teplo. Toto kmitání je na videu dobře slyšitelné jako bzučení.