Vsunete baterku s magnety do cívky a fííí. Projede mezi drátky jako po rychlodráze. Jak si vyrobit malý magnetický hyperloop? Z kusu drátu, baterie a neodymových magnetů. Pusťte se s námi do dalšího magnetického experimentu. Jak něco takového vůbec může fungovat?
Minule jsme zkoušeli z plastových kostek a magnetů vytvořit maglev, stavěli mince na sebe pomocí magnetů, někdy předtím sestavili magnetický Eulerův disk.
Dnes si vyrobíme magnetický hyperloop – malý vozík, který se pohybuje drátěným tubusem.
Na magnetický experiment se vám hodí:
- jednoduchý vázací měděný drát bez izolace, průměr 1 mm, délka alespoň 7 metrů (mají třeba v Obi),
- trubka nebo dřevěná tyčka s průměrem 16 mm a délkou asi půl metru,
- 1 tužková AA baterie 1,5 V, anebo dobíjecí AA akumulátor 1,2 V.
- 2 kotoučové neodymové magnety KT-15-10-N s axiální magnetizací (na rovných ploškách), průměr magnetu 15 mm, výška 10 mm,
- pro usnadnění práce aku vrtačka, pár montážních svorek, izolační páska, pracovní stůl či deska, může se hodit i páječka a cín.
Postup realizace experimentu
1) Naviňte měděnou cívku
Aby se měl hyper vozík kudy pohybovat, postavte mu dráhu. Naviňte měděný drát na trubku nebo tyčku a vytvořte cívku. Drát můžete navíjet ručně, ale rychleji to jde pomocí aku vrtačky a jednoduchého přípravku:
Do jednoho konce tyčky o průměru 16 mm našroubujte vrut, ještě předtím na něj navlékněte pár matiček. Bude pak lépe držet upnutý ve sklíčidle aku vrtačky.
Info: Proč zrovna tyčku o průměru 16 mm? Ať neuděláte tutéž chybu, jako my. Nejprve jsme cívku navinuli na dřevěnou tyčku průměru 15 mm a mylně se domnívali, že „se pak trochu roztáhne“. Neroztáhla. Baterka se do cívky vešla, magnety ale drhly. Je lepší vytvořit vozíku trochu prostoru, tedy vnitřní průměr cívky o 1 mm větší, než je průměr použitých magnetů.
„Akučku“ i s upnutou tyčkou upevněte na pracovní stůl, třeba pomocí montážní svorky. Druhý konec tyčky volně zafixujte pomocí pár dalších svorek, aby se tyčka při otáčení moc nerozkývala do stran.
Tip: Vnější průměr 16 mm má třeba tahle izolační plastová trubka EN 16.
Začátek měděného drátu k začátku tyčky nebo trubky přilepte izolačkou. Zapněte aku vrtačku a pomalu celý drát naviňte na tyčku, hezky závit vedle závitu. Na ukázkách jsme použili 7metrový měděný drát průměru 1 mm, což vystačilo zhruba na 14 cm cívky. Pak jsme přidali ještě podobně dlouhý kus drátu.
Tip: Chcete-li mít dráhu delší, můžete konce dvou či více drátů spájet cínem pomocí páječky a navinout najednou, případně spájet až po navinutí. Cín na mědi drží výborně. Anebo si rovnou pořiďte delší drát.
Po navinutí cívku sesuňte z tyčky dolů, položte ji na pracovní stůl. Závity se od sebe samy malinko vzdálí. Dráha je připravená.
2) Sestavte elektro-magnetický hyper vozík
Sestavení vozíku je jednoduché. Přicvakněte na každý pól tužkové baterie jeden magnetický kotouč. Jeho průměr by měl být o 1 mm menší, než je vnitřní průměr cívky, aby se v ní mohl pohybovat.
Pozor na magnetické póly
Záleží, jakými póly magnetu k baterii přicvaknete, ovlivňuje to pohyb vozíku. První magnet přicvakněte severním pólem (N) k plusovému pólu baterie. Druhý magnet přicvakněte k mínusovému pólu baterie rovněž severním pólem (N), případně můžete oba magnety k baterii přicvaknout jižními póly (S), čímž dojde ke změně směru pohybu vozíku.
Může se hodit: Jak zjistit a využít severní a jižní pól?
3) Vsuňte vozík do tunelu
Dráha připravená, vozík sestavený. Vsuňte jej do tunelu. Máte-li vše správně, rozjede se. Jestliže se nerozjede, zkuste vozík jen otočit. Povedlo se?
4) Zjistěte, proč se baterka s magnety pohybuje
Nyní je na čase zjistit, které záhadné síly vozík uvedly do provozu a proč je potřeba použít baterii s magnety. Vysvětlíme.
Magnetický vozík pohání Lorentzova síla
Baterie s magnety se pohybuje díky tomu, že magnety vytvářejí magnetické pole. Poté, co se magnety dotknou cívky, dojde k uzavření obvodu a baterie dodává elektrický proud do cívky. Když proud prochází cívkou v přítomnosti magnetického pole, vznikne síla, která začne baterii s magnety posouvat. To vše je způsobené interakcí mezi magnetickým polem magnetů a proudem, který protéká cívkou.
Podívejte se na video
Teď ještě trošku podrobněji
- Magnety a baterie:
- K baterii jsou na obou pólech připevněné silné neodymové magnety. Tyto magnety vytvářejí magnetické pole, které je důležité pro vznik pohybu v cívce.
- Cívka:
- Cívka je tvořená vodičem (drátem), který je navinutý do spirály. Když baterii s magnety vložíte do cívky, magnetické pole magnetů začne ovlivňovat elektrony v drátu cívky.
- Elektrický proud:
- Baterie poskytuje elektrický proud, který protéká cívkou. Jakmile se jí baterie dotkne, póly baterie uzavírají obvod přes magnety.
- Tento elektrický proud prochází vodičem a při průchodu magnetickým polem, které vytvářejí magnety připojené k baterii, dojde k důležité interakci.
- Lorentzova síla:
- Když proud protéká cívkou a zároveň je v blízkosti magnetického pole (od magnetů), dochází k působení Lorentzovy síly. To je síla, která vzniká, když se elektrický proud setká s magnetickým polem.
- Lorentzova síla působí kolmo na proud a magnetické pole, a protože cívka tvoří spirálu kolem baterie, tato síla posouvá celý vozík vpřed. Lorentzova síla tlačí baterii a magnety kupředu uvnitř cívky.
- Pohyb vozíku:
- Výsledkem je, že se baterie s magnety začne sama pohybovat vpřed uvnitř cívky. Magnety vytvářejí magnetické pole, elektrický proud teče cívkou. Díky tomu se tvoří Lorentzova síla, která pohyb způsobuje. Jakmile vozík vyjede z dráhy, zmíněná síla zmizí a vozík se zastaví.
- Stačí pak vozík otočit a pojede z druhé strany cívky zpět. Vozík bude jezdit až do vybití baterie.
V rámci zachování jednoduchosti experimentu si necháme pár dalších tipů a postřehů do některého z dalších článků o magnetických pokusech, kdy například rozebereme, zda by experiment fungoval i s jiným materiálem drátu nebo třeba s jinými magnety.Vyzkoušejte i další magnetické zajímavosti a pokusy.