Левітацыя (фізіка)

Левітацыя ў фізіцы - гэта ўстойлівае становішча аб'екта ў гравітацыйным полі без непасрэднага кантакту з іншымі аб'ектамі. Неабходнымі ўмовамі для левітацыі ў гэтым сэнсе з'яўляюцца: (1) наяўнасць сілы, кампенсуючай сілу прыцягнення, і (2) наяўнасць вяртаючай сілы, якая забяспечвае устойлівасць аб'екта.

Немагчымасць левітацыі ў статычным электрамагнітным поле

Згодна з тэарэмай Ірншоу, якая з'яўляецца прамым следствам закона Гаўса, левітацыя статычных аб'ектаў у статычным электрамагнітным поле немагчымая. Тэарэма дастасоўная не толькі да кропкавых зарадаў, але і да працяглым пругкім цел і кажа, што іх свабодны подвес ў электрастатычным, магнітастатычным і (або) гравітацыйным полі будзе заўсёды няўстойлівы. Тэарэма Ірншоу не прымяняецца да дыямагнетыкаў.

Тым не менш, у пераменным поле электрастатычнай квадрупольнай лінзы левітацыя магчымая, напрыклад, зараджаных пылінак, хоць пры гэтым не забяспечваецца стабілізацыя становішча пылінак ўздоўж восі лінзы, паколькі раўнавага па гэтым кірунку абыякавая. Электрастатычных факусоўка пераменным электрычным полем ўжываецца пры факусоўцы пучкоў зараджаных часціц і па сваёй сутнасці аналагічная «ківачу Капіцы».

Звышправоднасць і левітацыя

Магніт левітуе над звышправадніком, які ахалоджаны вадкім азотам

У сакавіку 1991 навуковы часопіс «Nature» апублікаваў цікавую фатаграфію: на здымку дырэктар Такійскай даследчай лабараторыі звышправоднасці Дон Тапскат стаяў на страве з звышправоднага керамічнага матэрыялу, і паміж ім і паверхняй падлогі быў выразна бачны невялікі зазор. Маса дырэктара разам з стравай складала 120 кг, што не перашкаджала ім парыць над зямлёй. Фокус складаўся ў тым, што калі над звышправаднікоў змясціць магніт, то ён завісне ў паветры. Гэта тлумачыцца эфектам Мейснэра.

Дыямагнітная левітацыя

Тып левітацыі у моцным магнітным полі цела, які змяшчае ў сабе дыямагнетык, напрыклад, ваду. Выкарыстоўвае дыямагнітныя ўласцівасці вады, якая пад дзеяннем знешняга магнітнага поля некалькі змяняе параметры руху электронаў у яе малекулах, што прыводзіць да з'яўлення слабога магнітнага поля, накіраванага процілегла зыходнаму. Эфект адштурхвання, які ўзнікае, дазваляе пераадольваць дзеянне сілы прыцянгнення.

Дадзены тып левітацыі выкарыстоўваўся ў вопытах на жывых аб'ектах. У ходзе эксперыментаў ў вонкавым магнітным полі з індукцыяй парадку 17 Тл дасягаўся падвешаны стан жаб і мышэй.

Тая ж ўласцівасць дыямагнетыкаў можна выкарыстоўваць наадварот, у адпаведнасці з другім законам Ньютана, або для адштурхвання магніта ад дыямагнетыка, або для стабілізацыі левітацыі магніта ў магнітным полі. Напрыклад эфектны эксперымент, у якім магніт вісіць у поле 11 Тл паміж вялікім і паказальным пальцамі даследчыка.

Гл. таксама

• Тэарэма Ірншоу
• Акустычная левітацыя
• Шанхайскі маглеў

Спасылкі

• Магнітная (звышправодзячая) левітацыя (YouTube)
• Квантавая левітацыя ў выкананні ізраільскіх навукоўцаў Архівавана 29 лістапада 2013.
• Дыямагнітная левітацыя (YouTube)