この写真の作成には、Nope、Photoshop、釣り糸は使用されていませんでした。100％純粋な物理学と多少の忍耐力があります。このインストラクターは、UFOのように空中でホバリングする独自のトップを構築する方法を説明します。
用品：
ステップ1：ビデオの概要
ステップ2：Earnshawの定理
あなたは他の磁石の束の助けを借りて磁石を浮揚しようとしましたか？磁石は互いに反発する可能性があるので、磁石の束を円形に配置して、もう一方の磁石をシステムの中央に向かって均等に押すことができると思われます。あるいは、中心に別の磁石を吊るす磁石で作られた球を作ることさえ可能です。しかし、それがとても簡単なのであれば、なぜ磁気浮上を使った列車を作るのがそれほど難しいのでしょうか。あなたがこれらの「簡単な」方法を試みるなら、あなたはそれらがすべてうまくいかないのを見つけるでしょう。事実、1842年にイギリスの数学者サミュエル・アーンショーは、周囲に静的に配置された他の通常の磁石の助けを借りて空間に通常の磁石を吊り下げることは実際には不可能であることを証明した。まあ、彼はそれを正確に証明しませんでした、しかしこれは彼の最初の定理から来ます。定理の証明には、この短い説明文で説明するにはギリシャ語の文字が多すぎるので、トリプルチェックして正しいと判断した賢い人たちだけを信頼しましょう。
それで、他の磁石の束を使って磁石を宇宙に吊るすことは不可能です。しかし、ビデオを見てください。大きなリングセラミック磁石と同じくトップであるもう一つの磁石があります。そして私が慎重に最初のものの上に2番目の磁石を回転させるならば、それは確かに空中にぶら下がるでしょう。そんなことがあるものか？！アーンショーの定理におけるこれと他のいくつかの抜け穴について話して、実際にいくつかの磁気浮上装置を構築しましょう。これはクールになるよ！
ステップ3：部品表
実際には、この浮上台を作るのはとても簡単です。以下に、私が使用した正確な部品表を見つけることができます。これを参照として使用して、私の構成を正確に複製できます。
*大きな磁石は実際には2つの115x45x20mmの磁石の積み重ねです：http://www.magnet4sale.com/ceramic-magnets-ring/
*小さい磁石は1.42インチのカップ磁石から取られます。カップからセラミックマグネットを取り出すために、接着剤を緩めるためにそれを20分間お湯の中に入れて、それからドライバーでこじ開けて、それがビデオで示されるように引き出されて、そしてこの指示できるステップ#6でさらに説明されます。
私が使ったことに加えて
* Michaels製の6.56mm（1/4インチ）ウッドダボ
* Home Depotのゴムと真鍮（すなわち、非磁性）のワッシャーの束（Lowesはより良いゴムワッシャーの選択、Home Depotはより多くの真鍮のものを持っています）。実際、この正確なセットアップのために、私は直径32mm、厚さ1.3mmのワッシャーを1つだけ使用しました。他のすべての真鍮ワッシャーは最終バージョンでは必要ありませんでした。
*大きな磁石を覆うためのあなたの食器棚からのプラスチック製の容器。私はRubbermaidの高さ68mm、直径143mmのコンテナ#12（1.5pt）を使用しました。
* Lowesのアルミニウムまたはプラスチック（すなわち、非磁性）シート
*良い電気テープ
これらすべての設定をまとめると、約30ドルかかります。
ステップ4：プラスチック容器？真剣に？
プラスチック容器は磁石を互いに保護するために必要です。あなたが一番上にいることにどれほど注意を払っても、落下し続け、最終的には磁石にぶつかります。これが起こるたびに、小さな鋭い切りくずが磁石から落ちます。潜在的に危険な電子磁気埃であなたの職場を覆うことに加えて、彼らはまたトップを微調整するあなたのすべての努力を台無しにします。あなたはそれを望まないし、それを防ぐための最善の方法はプラスチックの容器で大きな磁石を覆うことです。
ステップ5：高さは関係ありません
プラスチック容器の他の機能は、頂部と大きな磁石との間の距離を調整することである。あなたがビデオで見ることができるように、この距離は成功した最初の回転のために非常に重要です。容器の上部（とシート）は、大きな磁石が上部を反発しなくなり、引き寄せ始める位置に非常に近いはずです。実際には、この距離を正確に調整するために上部のステムに沿って小さな磁石を動かすことさえできます。あなたが適切に調整された容器の上に上を回転させようとするならば、それは実際に5-6秒間それ自身を安定させそして絶対的にまっすぐに回転します。
ステップ6：小さい磁石の取り出し
私が手に入れた小さい磁石はスチール製のコップの中にありました。マグネットをカップから引き抜くために、マグネットをお湯の中に約20分間浸した後、ドライバーを使ってマグネットをこじって取り外します。
ステップ7：トップにする
ダボを使用して、小型のディスクマグネットを上に向けます。ダボを約32mm切り取り、片面を紙やすりで磨いて放物線のような形にして滑らかにします。
rtfms.comの仕様に正確に従っている場合は、ラバーワッシャーを追加して重量を約12.5グラムにします。トップとスケールの間に非磁性のスペーサーを入れるようにしてください。そうしないと、スケールの金属部分が磁石を引き寄せ、測定重量が不正確になります。詳細はビデオを見てください。
ステップ8：ベースを作る
私は1つの大きいのではなく2つの小さい磁石をベースに使用しているので、これは私がそれらを積み重ねるステップです。磁石を重ねたり、指を傷つけたりしないでください。代わりに、一番上の磁石をもう一方の磁石の上にスライドさせます。それでもうまくいかず、磁石同士が反発する場合は、磁石のいずれかを裏返してもう一度試してください。磁石が1つある場合は、この手順を省略できます。
大きな磁石を容器で覆い、アルミニウムシートを上に置くと、ベースの準備が整います。
ステップ9：ベースの向きと高さを調整する
今こそ、たくさんのテキストと絵がない数ステップの時間です。動的テキストの問題を静的テキストで説明するのは本当に難しいので、手順#1の動画をチェックしてこれがどのように機能するかを確認してください。
プラスチック容器の上に非磁性材料でできた平らなシートを置き、その上を回転させてみてください。それは浮揚だけでなくスピンもしない可能性が高いです。いくつかのことがそれで間違っている可能性があります。
*大きな磁石がひっくり返っている。カバーを外し、ゆっくりとその上を下げます。トップを下げているときに何も感じないとしたら、トップがマグネット式の枕の上に座っているような気がします。それは間違った側です。大きな磁石を裏返します。大きな磁石が穴の内側に引っ張り出すよりも、上部を下げているときに上部にいくらかの抵抗があります。それが正しい方向です。カバーを元に戻します。
*トップは大きなマグネットより上に高すぎるので、大きなマグネットはそれをはじき、一度あなたがそれを回すとそれは即座に飛び去ります。大きな磁石を持ち上げて、上部から大きな磁石までの距離を縮めます。ワッシャーとボトルカップは大きな磁石を持ち上げるのに役立ちます。
*上部が大きい磁石より上に低すぎるので、大きい磁石は上部を引き付け過ぎ、ジャイロ力はそれをまっすぐに保つのに十分ではありません。この場合それは落ち、あなたがそれを解放した直後に転落します。あなたはトップと磁石の間の距離を増やす必要があります。あなたは例えばボトルカップのワッシャーの上にプラスチック容器を持ち上げることによってそれをすることができます。
大きな磁石がトップを反発するのを止めて引き寄せ始めるとき、トップのための完璧な位置はそのポイントよりわずかに下です。プラスチック製の容器の下にある磁石の高さを調整して、回転させようとしたときに上部が正確にこの位置にくるようにします。上部のステムを小さな磁石だけで動かして、設定を微調整することもできます。
この位置では、回転させながら上部をわずかに押し下げる必要があるかもしれません。この不便を感じたら磁石間の間隔をもう少し短くすること自由に感じなさい。
実際、もう1つ問題があることがあります。速度です。
*あなたがトップを回転させるのが遅すぎるなら、それは歳差運動を始めすぎて、そしてあまりにも速く落ちます
*あなたがトップをあまりにも速く回転させるなら、それはさらに速く歳差運動を始めて、そしてまた落ちるでしょう。
*トップを回転させすぎず、遅すぎません。実際には遅い側から始めて、最高速度に達するまで速度を上げ続けます。
最初の回転だけでなく、スピン安定化磁気浮上は1000から3000RPM（毎分回転数）の速度でのみ機能します。そのため、3000RPMより速くトップを回転させても、飛行時間を延ばすのに役立ちません。
あなたが適切にトップを配置したら、それはシート上で安定して回転できるはずです。実際、運が良くて辛抱強いのなら、自分自身を安定させるような場所に配置することができます。あなたがそれを回転させ過ぎてもそれは結局まっすぐになるでしょう。
ああ、そしてもう一つ重要なことはあなたが回転し始めるところです - それはちょうど大きな磁石の中心の真上で起こるべきです、さもなければ小さな磁石は転がって全く回転しないでしょう。
ステップ10：
フェーズ2を開始する時が来ました。それは、粗調整です。シートをゆっくりと着実に持ち上げて水平に保ちます。いくつかのことが起こる可能性があります。
*シートを少し持ち上げると、上部がジャンプして飛び去ります。これは、上部が軽すぎ、重力が磁気反発力を補うには不十分であることを意味します。一番上に重さを加えます。真鍮製のワッシャーは最も重いものです、ゴム製のものは軽いです。また、座金を研磨して重さを調整することもできます。
*あなたはシートを持ち上げ続けます、しかし、トップは決してシートをはずしません。上部は重すぎ、磁気反発力は重力を補正するのに十分ではありません。上部からワッシャーを取り外します。これが最後の座金であるならば、それからより軽いものとそれを交換してください。ワッシャーがなくてもトップが離陸できない場合は、より強力なマグネットセットが必要になります。
ワッシャーを上に追加して取り除いた後、上がシートから外れ、マグネットの上に浮上しようとしますが、半秒後に飛んでしまいます。それがいつも同じ方向に飛んでいることに気づいたら、それはフェーズ3の時間です：レベリング。
*天板が常に同じ方向に飛んでいるのは、大きな磁石の磁場が完全に水平になっているからです。ボールが丘を転がり落ちるのと同じように、私たちのトップは磁気丘を転がり落ちます。大きな磁石が不均一に磁化されている可能性があるので、あなたはそれを一定の水平で水平にすることさえできません。あなたはトップが異なる方向に飛び去り始めるまであなたが大きな磁石のレベルを調整し続ける必要があります。大きな磁石がテーブルのようなしっかりした面にあることも確認してください。磁石を頻繁に切り換える必要があるため、カーペットはうまくいきません。
真実はあなたがおそらくそれが時々トップがとても速く飛び去る理由が不明であるのであなたはおそらくフェーズ2と3を同時に行う必要があるでしょうということです。それは磁場レベルと重さの両方でありえます。
再度、あなたはそれを水平にするために大きな磁石の下にワッシャか何か他の厚いもの、できれば非磁性を置くことができます。このプロジェクトでマイクロコントローラを使用したい場合は、Arduinoをシムとして使用することもできます。
ステップ11：体重を調整する
この時点では、トップが飛んでも浮上できないことを除けば、ほとんどすべてがうまく機能しています。フェーズ4のための時間：最後の微調整。
*トップの重さを加え続けてください。あなたは一番上に小さな重みを追加する必要があります。微調整用のおもりは実際には非常に小さいため、ワッシャーは動作しません。 0.1g（0.004oz）の精度について話しています。重量を調整するための最良の候補は電気テープです。上部が飛んで止まるまで電気テープの小片を貼り付けてください。
*ある時点で落下するよりも数秒間トップが浮上した場合 - ストリップを取り出し、半分にカットして半分後ろに貼り付けます。
電気テープを使用すると、1、2分の間浮上するトップを構築することができます。それに関する一つの問題はテープストリップの悪い空気力学です。あなたが最終的な重さを考え出したら、それはたぶんを真鍮のワッシャーの束と取り替えることがおそらく賢明です。これは飛行時間を最長5分に延ばします（2-3分がより現実的な時間です）。
もう1つ重要なことは、トップ全体が非常にしっかりしている必要があるということです。安全でない、またはぐらつくようにしてはいけません。必要ならばクレイジーグルーを使いましょう。
ステップ12：友達を驚かせよう！
この微調整の狂気をすべて完了したら、すぐに友達に電話をかけて驚かせましょう。早くやれ！問題はその効果が非常に不安定であるということです。部屋の温度が変化したら - あなたは微調整を減らす必要があります。湿度が変わった？同じこと。誰かが近くにハサミを置きますか？もう一度調整してください。または、ハサミを移動させてください。
この種の磁気浮上は非常に不安定であるという事実は、その有用性を大きく低下させる。基本的に素晴らしい人たち以外には、それでできることはほとんどありません。将来のインストラクタブルで、私はもっと実用的な浮揚装置を作る方法を説明するので、投票して、フォローして、購読して、DIYを続けてください！
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