Odpaľovacia ramp

Gilles Charles pôsobí na Univerzite v Orléans a mnohé zo svojich experimentov s našimi magnetmi zverejňuje na YouTube. Tu napríklad ukazuje geniálnu štartovaciu rampu pre guľôčky ...

Naše zariadenie pozostáva z žliabku, napr. z hliníka, s na ňom namontovanými magnetmi.

Najdôležitejším bodom je umiestnenie magnetov: Tie musia byť usporiadané tak, aby na každej strane žliabku boli póly zhodne orientované, to znamená, že napr. na ľavej strane ukazujú všetky svoj južný pól a na pravej strane severný pól.

V experimente zobrazenom vo videu sa používajú malé Kockové magnety typu W-05-G, možno však použiť aj disky. Vychádzajúc z toho, že tieto disky sú axiálne zmagnetizované, museli by byť umiestnené vertikálne, ako malé kolieska. Vzdialenosť medzi magnetmi nehrá veľkú úlohu, ale aby sa dosiahlo pekné zrýchlenie, musia byť dosť blízko pri sebe. Podľa sily magnetu je to rôzne, v našom experimente sú umiestnené približne 5 mm od seba.

Na konci rampy sú na každej strane položené na seba dva magnety namiesto jedného. Vznikne tak magnetická pasca: silnejšie magnetické pole, ktoré guľôčku zastaví.

Guľový magnet sa teraz umiestni približne 2 cm od začiatku rampy. Guličku netreba uviesť do pohybu; magnetické polia magnetov rozmiestnených na rampe ju priťahujú smerom ku koncu rampy. Silné magnetické pole pasce na konci rampy guličku zastaví.

Sklenená gulička sa položí na rampu tesne pred koncový magnet tak, aby ju guľový magnet zasiahol maximálnou rýchlosťou. Zatiaľ čo je guľový magnet zastavený „magnetickou pascou“, sklenená gulička je vystrelená.

Vysvetlenie:

Guľôčka, ktorá sa kotúľa do prehĺbeniny, je priťahovaná jej najnižším bodom. Prehĺbenine sa hovorí aj „potenciálová priehlbina“. Tento pojem môžeme použiť aj na vysvetlenie magnetickej štartovacej rampy.

Na úvod sa pozrime na zjednodušenú rampu s iba jedným párom magnetov. Tento pár magnetov spolu so stenami žľabu, ktorými je guľa vedená, vytvára potenciálovú priehlbinu. Guľa je priťahovaná k jej „najnižšiemu“ bodu. Ten sa nachádza medzi dvoma rampovými magnetmi. Keď necháme guľu skotúľať sa do tejto „priehlbiny“, bude sa kotúľať tam a späť, až kým sa (v dôsledku strát trením a veľmi malého vyžarovania elektromagnetickej energie) nezastaví v strede.

Ak namiesto dvoch kockových magnetov použijeme dve dlhé priečne polarizované magnetické tyče, dostaneme zodpovedajúco pretiahnuté potenciálové preliačenie.

Dá sa to predstaviť aj tak, že dlhý magnetický pár sa rozreže na krátke páry a bez medzier (v pozdĺžnom smere) sa posunie k sebe. Tým sa nič nemení oproti nerozrezaným tyčiam. Ak však teraz posunieme rozrezané magnetické páry v pozdĺžnom smere od seba, vytvoria spolu s žliabkom síce stále symetrickú potenciálovú jamu, no medzery medzi magnetickými pármi ju zvlnia. Pokiaľ vzdialenosti medzi týmito vlnami (medzery medzi magnetickými pármi) nie sú príliš veľké, guľôčka sa bude tiež kotúľať sem a tam, až sa zastaví.

Na štartovacej rampe je táto symetria teraz zrušená.

„Zastavovacie magnety“ na konci rampy nesymetricky deformujú celú potenciálnu jamu. Najnižší bod jamy sa teraz nachádza medzi zastavovacími magnetmi. Guľôčka padá do tohto bodu, to znamená, že sa v „koncovej jame“ kýva sem a tam, až kým sa jej rýchlostná energia v dôsledku trenia nepremení na teplo. Kývanie je vo videu dobre počuteľné ako bzučanie.