Startrampe

Gilles Charles arbejder på universitetet i Orléans og offentliggør mange af sine eksperimenter med vores magneter på YouTube. Her viser han en genial affyringsrampe til kugler ...

Vores enhed består af en kanal, f.eks. lavet af aluminium, med magneter monteret på den.

Det vigtigste punkt er placeringen af magneterne: De skal arrangeres på en sådan måde, at polerne er ens på hver side af kanalen, dvs. at de f.eks. på venstre side alle viser deres sydpol og på højre side nordpolen.

I det eksperiment, der vises i videoen, bruges der små terningmagneter af typen W-05-G, men man kan også bruge skiver. Hvis man antager, at disse skiver er aksialt magnetiserede, skal de placeres lodret som små hjul. Afstanden mellem magneterne spiller ikke den store rolle, men for at opnå en god acceleration skal de være tæt nok på hinanden. Det varierer afhængigt af magnetstyrken, i vores forsøg er de placeret ca. 5 mm fra hinanden.

For enden af rampen placeres to magneter oven på hinanden på hver side i stedet for kun én. Dette resulterer i en magnetisk fælde: et stærkere magnetfelt, som så stopper bolden.

Kuglemagneten placeres nu ca. 2 cm fra rampens start. Du behøver ikke at sætte kuglen i gang med at rulle, magnetfelterne fra magneterne fordelt på rampen trækker kuglen i retning af enden af rampen. Det stærke magnetfelt i fælden for enden af rampen stopper bolden.

Glaskuglen placeres på rampen lige før slutmagneten, så kuglemagneten rammer den med maksimal hastighed. Mens kuglemagneten stoppes af den "magnetiske fælde", bliver glaskuglen sendt af sted.

Forklaring:

En bold, der ruller ned i en fordybning, tiltrækkes af dens laveste punkt. Fordybningen kaldes også en "potentiel brønd". Vi kan også bruge dette udtryk til at forklare den magnetiske affyringsrampe.

For at gøre dette betragter vi først en forenklet rampe med kun ét par magneter. Sammen med væggene i den kanal, som bolden styres fra, danner dette par magneter en potentialebrønd. Bolden tiltrækkes af det "laveste" punkt. Det er placeret mellem de to rampemagneter. Hvis vi lader kuglen rulle ned i dette "trug", ruller den frem og tilbage, indtil den standser i midten (på grund af friktionstab og meget lidt udstråling af elektromagnetisk energi).

Hvis vi nu bruger to lange tværpolariserede magnetstænger i stedet for to kubemagneter, har vi en tilsvarende langstrakt potentialbrønd.

Du kan også forestille dig det lange par magneter savet i korte par og skubbet sammen uden afstand (i længderetningen). Det ændrer ikke noget i forhold til de usavede stænger. Men hvis vi nu skubber de savede magnetpar fra hinanden i længderetningen, danner de stadig en symmetrisk potentialbrønd sammen med rillen, men afstandene mellem magnetparrene gør dem bølgede. Hvis afstandene mellem disse bølger (afstandene mellem magnetparrene) ikke er for store, ruller kuglen også frem og tilbage, indtil den går i stå.

Denne symmetri er nu ophævet i lanceringsrampen.

"Stopmagneterne" for enden af rampen deformerer hele potentialebrønden asymmetrisk. Trugets laveste punkt er nu placeret mellem stopmagneterne. Bolden falder ned i dette punkt, dvs. den svinger frem og tilbage i "endetruget", indtil dens hastighedsenergi omdannes til varme på grund af friktion. Svingningen kan tydeligt høres i videoen som en hvirvlende lyd.