Levitation - Sheydin Design

Elektromagnetische Levitation
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Abb. 40: Ringmagnete
auf einem Stift.
Steckt man zwei Ringmagnete auf einen Stift, sodass
deren die Pole einander entgegengerichtet sind, bleibt
ein Abstand zwischen ihnen erhalten, der auf die abstoßende
magnetische Kraftwirkung zurückzuführen
ist. Der obere Magnet ruht dort, wo die Aufwärtskraft
des unteren Magneten und die Abwärtskraft des oberen
Magneten im Gleichgewicht und entgegengesetzt sind.
Bewegt man den oberen Magneten vertikal nach oben,
wird die Wirkung schwächer, nach unten, wird die Wirkung
stärker. Lässt man den oberen Magneten außerhalb
des Gleichgewichts los, wird er sich wieder in das
stabile Gleichgewicht wieder einpendeln. Das Verhältnis
der Rückstellkraft zur Verschiebung wird Federkonstante
genannt.
Stellt man entgegengesetzte Pole der Magnete zueinander,
die sich anziehen, reicht eine minimale Bewegung in
Richtung zueinander aus, dass sie aufeinander zuschnellen
und zusammenschnappen. Im Gegensatz zur abstoßenden
Wirkung der Magnete führt eine vertikale Verschiebung nicht
zur Wiederherstellung des Gleichgewichts. 55 Da die Gravitationskraft
konstant ist, die magnetische Kraftwirkung mit Distanz rapide abnimmt,
ist es meistens einfacher eine stabile Levitation mit abstoßenden anstatt
mit anziehenden Kräften zu erreichen. Bei Anziehung ist es viel
schwieriger, einen Abstand beizubehalten.
3.5.2. »Revolution«
Der Gravitationswirkung auf den oberen Magnet wirkt die Abstoßung
der magnetischen Kraftwirkung zwischen den Magneten entgegen.
Wenn die Ringmagnete seitlich ausgerichtet werden, äußert sich die
magnetische Kraftwirkung seitwärts. Diese seitliche Abstoßung ist das
Geheimnis des Spielzeugs »Revolution«, wo Magnete in der Basis die
Ringmagnete über ihnen parallel gerichtet balancieren.
In beiden Fällen ist die magnetische Kraftwirkung vertikal gegen die Gravitation
gerichtet. Im Falle des Spielzeugs ist das Trotzen der Schwerkraft
eindrucksvoller, da die Beweglichkeit des schwebenden Körpers
weniger eingeschränkt ist und näher an Kontaktlosigkeit dran ist.
Die Stabilität des Spielzeugs »Revolution« ist so konstruiert, dass die
Rückstellkraft in der Vertikalen und der Horizontalen wiederhergestellt
wird. Das liegt daran, dass bei einer Deplacierung der Magnet näher an
der anderen Seite ist und entsprechend abgestoßen wird. Zwei Magnete
üben also Rückstellkräfte aus, wodurch ein stabiles Gleichgewicht für
vertikale und horizontale Verschiebungen erreicht wird.
»Revolution« ist also stabil in zwei Richtungen, vertikal und seitwärts. In
horizontaler Richtung befindet sich eine Glasplatte. Der leichte Höhenunterschied
lässt das schwebende Objekt in Richtung der Glasplatte
kippen, damit es nicht in die andere Richtung kippt.
Die Konstruktion zweier Ringmagnete auf einem Stift erlaubt nur zwei
der sechs gewünschten Freiheitsgrade. Die vertikale Position und die
Rotation um die vertikale Y-Achse sind frei. Die Rotation um die Y-Achse
entspricht neutraler Stabilität, da der Ringmagnet symmetrisch ist. Nur
eine von sechs Freiheitsgraden, nämlich die vertikale Position, wird von
der magnetischen Kraftwirkung kontrolliert.
Abb. 41: »Revolution«
55 vgl. ebd., S.43