Paleidimo rampos

Gilles Charles dirba Orleano universitete ir „YouTube“ publikuoja daugelį savo eksperimentų su mūsų magnetais. Čia jis pristato genialią rutuliukų paleidimo rampą ...

Mūsų įrenginį sudaro latakas, pvz., iš aliuminio, prie kurio pritvirtinti magnetai.

Svarbiausias punktas – magnetų padėtis: juos reikia išdėstyti taip, kad kiekvienoje latako pusėje polių kryptis būtų vienoda, t. y. pvz., kairėje pusėje visi būtų pasukti pietiniu poliumi, o dešinėje – šiauriniu.

Vaizdo įraše parodytame eksperimente naudojami maži kūbiniai magnetai, modelis W-05-G, tačiau galima naudoti ir diskinius. Darant prielaidą, kad šie diskai yra ašiniu būdu įmagnetinti, juos reikėtų statyti vertikaliai, tarsi mažus ratus. Atstumas tarp magnetų didelės reikšmės neturi, bet norint pasiekti tolygų pagreitį, jie turi būti pakankamai arti vienas kito. Priklausomai nuo magnetų stiprumo tai skiriasi; mūsų eksperimente jie išdėstyti maždaug 5 mm atstumu.

Nuolydžio pabaigoje kiekvienoje pusėje vietoje vieno magneto dedami du vienas ant kito. Taip susidaro magnetinė gaudyklė: stipresnis magnetinis laukas, kuris tada sustabdo rutuliuką.

Rutulinis magnetas dabar pastatomas maždaug 2 cm nuo rampos pradžios. Kamuoliuko ridenti nereikia – rampos paviršiumi išdėstytų magnetų magnetiniai laukai traukia kamuoliuką rampos galo kryptimi. Stiprus spąstų magnetinis laukas rampos pabaigoje sustabdo kamuoliuką.

Stiklinis rutuliukas padedamas ant rampos visai prieš galinį magnetą, kad rutulinis magnetas jį maks. greičiu paliestų. Kol rutulinį magnetą sustabdo „magnetiniai spąstai“, stiklinis rutuliukas iššaunamas.

Paaiškinimas:

Rutulys, riedantis į įdubą, yra traukiamas jos žemiausio taško. Įdubą taip pat vadiname „potencialo dubureliu“. Šį terminą galime vartoti ir magnetinės paleidimo rampos paaiškinimui.

Tam pirmiausia apsvarstykime supaprastintą rampą su tik viena magnetų pora. Ši magnetų pora kartu su latako sienelėmis, kuriomis vedama rutuliukas, sudaro potencialo duburį. Rutuliuką traukia jo „žemiausias“ taškas. Jis yra tarp dviejų rampos magnetų. Jei leisime rutuliukui įriedėti į šį „duburį“, jis riedės pirmyn ir atgal, kol (dėl trinties nuostolių ir labai menkos elektromagnetinės energijos sklaidos) sustos per vidurį.

Jei vietoje dviejų kubinių magnetų naudojame dvi ilgas skersai įmagnetintas magnetines strypus, atitinkamai gauname pailgą potencialo duburį.

Ilgą magnetų porą galima įsivaizduoti ir taip: ji supjaunama į trumpos poras ir sustumiama be tarpų (išilginė kryptimi). Dėl to, palyginti su nepjautomis strypinėmis magnetų poromis, niekas nesikeičia. Jei dabar supjaustytas magnetų poras išilginės krypties atžvilgiu atstumsime vieną nuo kitos, jos kartu su lataku vis dar sudarys simetrišką potencialo duburį, tačiau atstumai tarp magnetų porų padarys jį bangutą. Jeigu atstumai tarp šių bangų (t. y. atstumai tarp magnetų porų) nėra per dideli, rutuliukas taip pat riedės pirmyn atgal, kol sustos.

Paleidimo rampos atveju ši simetrija dabar panaikinta.

Dėl rampos gale esančių „stabdymo magnetų“ visa potencialo duobė deformuojama asimetriškai. Giliausias duobės taškas dabar yra tarp stabdymo magnetų. Rutuliukas įkrenta į šį tašką, tai yra, jis siūbuoja „galinėje duobėje“ pirmyn atgal, kol dėl trinties jo greičio energija virsta šiluma. Vaizdo įraše šis siūbavimas aiškiai girdimas kaip zvimbimas.