Журнал «Юный техник» - Юный техник, 2015 № 10

Интересный результат получается, когда короткий магнит приближают к длинному. При этом возникает так называемая магнитная потенциальная яма. Суть эффекта заключается в следующем. На большом расстоянии эти два магнита притягиваются. На малом — отталкиваются, но есть такое место, где магниты друг с другом вовсе не взаимодействуют.

Получившаяся устойчивая система из магнитов не противоречит теореме Ирншоу. Ведь здесь расстояния между магнитами малы по сравнению с их размерами. Поэтому силы взаимодействия ослабевают не обратно пропорционально квадрату расстояния, а гораздо медленнее. Но почему сила притяжения одних и тех же магнитов то меняется на отталкивание, то пропадает вообще? Как утверждает Г. В. Николаев, это явление в рамках обычной электродинамики необъяснимо. Оно связано с существованием двух магнитных полей. Одно из них — поле, охватывающее проводник с током, — мы изучаем в школе. У каждого проводника с током, как установил в свое время Анри Ампер, есть еще и слабое продольное магнитное поле. Его современная электродинамика не учитывает, а зря, ведь оно — причина многих явлений, в том числе и описанного. Причем сложности теории не мешают найти потенциальной «магнитной яме» техническое применение.

А вот, к примеру, забавная игрушка. Паровоз тянет за собою 2–3 вагона. Приглядевшись, вы замечаете, что между ними нет ни крючков, ни нитей, лишь маленький зазор. Если вагоны сблизить до упора и отпустить, то они разойдутся. Стоит их растащить, они, напротив, сойдутся вновь. Во всех случаях зазор между вагонами остается благодаря потенциальной «магнитной яме». Такую «яму», предложенную Николаевым, вероятно, можно применить для создания поезда, парящего над рельсами практически без трения. Да мало ли для чего еще!

Если вас заинтересовали парадоксы магнитного поля, то рекомендуем книгу Г. В. Николаева «Непротиворечивая электродинамика, теории, эксперименты, парадоксы» (Томск, 1997).

А мы пока продолжим наши эксперименты.

В Интернете есть видеоролик, наглядно демонстрирующий один из эффектов, основанный на эффекте потенциальной «ямы» Николаева. Возьмите 2 кольцевых магнита диаметром 10–12 см или меньше (например, из радиодинамиков). Соедините их друг с другом с помощью изоляционной ленты, оставив между ними воздушный зазор примерно 3–5 см. Зазор этот жестко удерживается при помощи 3 пластиковых стержней-опор, расположенных по кругу через 120°. Далее смастерите из одного кольцевого магнита диаметром около 5 см и заостренного пластикового стержня волчок.

Теперь поставьте систему из 2 кольцевых магнитов на стол. И запустите рядом с ней волчок, слегка подтолкнув его вперед. Волчок, словно привязанный, будет описывать круги вокруг кольцевых магнитов, оставляя зазор в несколько сантиметров. Получается нечто отдаленно похожее на то, как Луна вращается вокруг Земли.

Еще эксперимент. Возьмем гвоздь. Прикрепим его к пружине. Приподнимем так, чтобы гвоздь повис в воздухе. Упругая сила пружины уравновесила его вес. А может ли повиснуть гвоздь в воздухе, уравновешенный магнитом? Опыт показывает, что нет — гвоздь либо прилипает к магниту, либо падает на землю. И сколько ни пытайся, не зависает.

В чем же принципиальная разница между действием пружины и магнита? Подобный вопрос возник еще в античные времена, когда с помощью магнитов пытались подвесить в храмах железные статуи или, как теперь говорят, получить магнитную левитацию. Критикуя эту затею древних, английский естествоиспытатель Вильям Гильберт в 1600 году писал: «Фракасторо (итальянский ученый эпохи Возрождения, пытавшийся обосновать возможность магнитной левитации) говорит, что кусочек железа повисает в воздухе, так что не может двинуться ни вверх, ни вниз в том случае, когда наверху будет помещен магнит, который в состоянии. тянуть железо вверх на столько же, на сколько последнее наклоняет его вниз: железо как бы укрепляется в воздухе. Это нелепо, так как более близкая магнитная сила является всегда более мощной».

В этом выводе и содержится ответ на наш вопрос. Действительно, всякая сила притяжения, увеличивающаяся при уменьшении расстояния между двумя магнитными телами, в результате неизбежных случайных смещений от положения равновесия приведет либо к падению тела, либо к прилипанию к магниту. Пружина действует иначе: при отклонении предмета от положения равновесия ее упругие силы возвращают предмет обратно. Затронутый вопрос — частный случай весьма обширной проблемы устойчивости свободных магнитных объектов, будь то магнитное удержание плазмы или левитация железнодорожного вагона. Как же она решалась?

Волчок висит в воздухе благодаря магнитному подвесу.

В 1840 году англичанин Ирншоу, как уже сказано, развивая утверждения Гильберта, обосновал принцип неустойчивости неуправляемой магнитной системы. Но ученый тогда не знал о таких материалах, как диамагнетики, которые намагничиваются в направлении, противоположном внешнему полю. Именно с их помощью спустя 100 лет немецкий физик Браунбек осуществил магнитную левитацию и предсказал усиление этого эффекта для сверхпроводников. Прогноз основывался на том, что сплошной сверхпроводник проявляет свойства идеального магнитного зеркала — выталкивает из себя силовые линии магнитного поля (эффект Мейснера — Оксенфельда). Это аналогично тому, что реальный магнит симметрично поверхности сверхпроводника имеет своего двойника — магнит-изображение.

Помимо эффекта Браунбека есть еще один способ, позволяющий осуществить магнитную левитацию. Впервые он был обнаружен теоретически в 1975 году, а затем экспериментально подтвержден И. Колодеевым, М. Крюковым, Г. Караваевым и О. Чебориным. Он состоит в том, что только за счет сближения 2 неизменно ориентированных магнитов сила их притягивания не увеличивается, как это должно быть в соответствии с известными представлениями, а уменьшается! При дальнейшем же сближении вместо притяжения между ними возникает отталкивание! Такое поведение магнитной силы аналогично работе обычной пружины или рессоры. То есть магнитное тело попадает во взвешенное, устойчивое положение — в «яму», из которой не вывалишься! Таким образом, получается, что гвоздь все-таки может зависнуть в воздухе? Может, но при соблюдении определенных условий.

Любителям звукотехники, особенно высококачественной, хорошо известно, что входные цепи усилителей звуковой частоты (УЗЧ) надо тщательно экранировать, а входные сигналы к ним подводить только экранированными проводами, «шнурами», или кабелями. При плохой экранировке громкоговорители или акустические системы (АС) воспроизводят трудноустранимый фон переменного тока, отнюдь не способствующий качественному прослушиванию речи или музыки.