Nein, kein Photoshop und keine Angelschnur wurden verwendet, um dieses Bild zu machen, nur 100% reine Physik und etwas Geduld. Diese Anleitung erklärt, wie Sie Ihr eigenes Top bauen können, das wie ein UFO in der Luft schwebt.
Zubehör:
Schritt 1: Videoübersicht
Schritt 2: Satz von Earnshaw
Haben Sie jemals versucht, einen Magneten mit Hilfe einer Reihe anderer Magneten zu schweben? Es scheint sehr einfach zu sein: Da Magnete sich gegenseitig abstoßen können, können Sie wahrscheinlich ein paar Magnete im Kreis platzieren, damit sie den anderen Magneten gleichmäßig in Richtung der Mitte des Systems drücken. Oder vielleicht sogar eine Kugel aus Magneten bauen, die einen anderen Magneten in der Mitte aufhängen würde. Aber wenn das so einfach ist, warum ist es so schwierig, Züge mit Magnetschwebebahn zu bauen? Wenn Sie diese "einfachen" Methoden ausprobieren, werden Sie feststellen, dass sie alle nicht funktionieren. Tatsächlich hat der britische Mathematiker Samuel Earnshaw bereits 1842 bewiesen, dass es unmöglich ist, einen regulären Magneten im Weltraum aufzuhängen, allein mit Hilfe anderer regulärer Magneten, die statisch um ihn herum angeordnet sind. Nun, genau das hat er nicht bewiesen, aber das folgt aus seinem ursprünglichen Satz. Der Beweis des Theorems enthält zu viele griechische Buchstaben, um ihn in dieser kurzen Anleitung zu erklären. Vertrauen wir also einfach den Schlauen, die ihn dreifach überprüft und für richtig befunden haben.
Es ist also unmöglich, einen Magneten mit nur ein paar anderen Magneten im Raum aufzuhängen. Aber schauen Sie sich das Video an. Es gibt einen großen Ringkeramikmagneten und einen anderen Magneten, der auch eine Oberseite ist. Und wenn ich den zweiten Magneten über dem ersten vorsichtig drehe, hängt er tatsächlich in der Luft. Wie ist das möglich?! Lassen Sie uns darüber und über ein paar andere Lücken im Satz von Earnshaw sprechen und tatsächlich ein paar Magnetschwebevorrichtungen bauen. Das wird cool!
Schritt 3: Stückliste
Es ist eigentlich sehr einfach, dieses schwebende Oberteil zu bauen. Unten finden Sie die genaue Stückliste, die ich verwendet habe. Sie können es als Referenz verwenden, um genau meine Konfiguration zu replizieren:
* Der große Magnet besteht aus einem Stapel von zwei 115 x 45 x 20 mm großen Magneten: http://www.magnet4sale.com/ceramic-magnets-ring/
* Der kleine Magnet stammt von einem 1,42-Zoll-Bechermagneten. Um einen Keramikmagneten aus der Tasse zu nehmen, habe ich ihn 20 Minuten lang in heißes Wasser getaucht, um den Klebstoff zu lösen. Dann habe ich ihn mit einem Schraubenzieher herausgezogen, wie im Video gezeigt und in diesem anweisbaren Schritt Nr. 6 näher erläutert.
Darüber hinaus habe ich verwendet
* 6,56 mm (1/4 Zoll) Holzdübel von Michaels
* Bund Gummi und Messing (d. H. Nicht magnetische) Unterlegscheiben von Home Depot (Lowes hat eine bessere Auswahl an Gummi-Unterlegscheiben, Home Depot hat mehr Messing-Unterlegscheiben). Tatsächlich habe ich für diesen genauen Aufbau nur eine Unterlegscheibe mit einem Durchmesser von 32 mm und einer Dicke von 1,3 mm verwendet. Alle anderen Messingscheiben waren in der endgültigen Version nicht erforderlich.
* Plastikbehälter aus Ihrem Schrank, um den großen Magneten abzudecken. Ich habe einen 68 mm hohen Behälter mit 143 mm Durchmesser # 12 (1,5 pt) von Rubbermaid verwendet.
* Aluminium- oder Kunststoffplatte (d. H. Nicht magnetisch) von Lowes
* Gutes elektrisches Klebeband
Alles in allem hat mich dieses Setup ungefähr 30 Dollar gekostet.
Schritt 4: Plastikbehälter ?! Ernst?!!
Der Kunststoffbehälter ist erforderlich, um die Magnete voneinander zu schützen. Egal wie vorsichtig Sie sind, das Oberteil fällt immer wieder herunter und trifft schließlich auf den Magneten. Jedes Mal, wenn dies geschieht, fallen kleine, scharfe Späne von den Magneten. Neben der Bedeckung Ihres Arbeitsplatzes mit potenziell elektronisch gefährlichem Magnetstaub ruinieren sie auch all Ihre Bemühungen, die Oberseite zu optimieren. Das möchten Sie nicht und können es am besten verhindern, indem Sie den großen Magneten mit einem Plastikbehälter abdecken.
Schritt 5: Die Höhe spielt eine Rolle
Eine weitere Funktion des Kunststoffbehälters besteht darin, den Abstand zwischen der Oberseite und dem großen Magneten einzustellen. Wie Sie im Video sehen können, ist dieser Abstand für ein erfolgreiches anfängliches Spinnen sehr wichtig. Die Oberseite des Behälters (plus der Folie) sollte sich sehr nahe an der Position befinden, an der der große Magnet aufhört, die Oberseite abzustoßen und sie anzuziehen. Sie können sogar den kleinen Magneten entlang des oberen Schafts bewegen, um diesen Abstand präzise zu kalibrieren. Wenn Sie versuchen, das Oberteil auf dem richtig eingestellten Behälter zu drehen, stabilisiert es sich tatsächlich für 5-6 Sekunden und dreht sich absolut gerade.
Schritt 6: Abrufen des kleineren Magneten
Der kleinere Magnet befand sich in einem Stahlbecher. Um den Magneten aus der Tasse zu ziehen, habe ich ihn ungefähr 20 Minuten lang in heißes Wasser getaucht und dann mit einem Schraubenzieher den Magneten abgehebelt und entfernt.
Schritt 7: Machen Sie die Spitze
Verwenden Sie den Dübel, um den kleinen Scheibenmagneten in eine Oberseite zu verwandeln. Ich schneide ungefähr 32 mm vom Dübel ab und poliere ein Ende mit Schleifpapier, um ihm eine parabolische Form zu geben und es glatter zu machen.
Wenn Sie die Spezifikationen von rtfms.com genau befolgen, fügen Sie die Gummiunterlegscheibe hinzu, um ein Gewicht von ca. 12,5 Gramm zu erreichen. Stellen Sie sicher, dass Sie einen nichtmagnetischen Abstandhalter zwischen der Oberseite und der Waage anbringen, da sonst Metallteile der Waage den Magneten anziehen und das gemessene Gewicht ungenau ist. Einzelheiten finden Sie im Video.
Schritt 8: Stellen Sie die Basis her
Da ich zwei kleinere Magnete anstelle eines großen für die Basis verwende, ist dies der Schritt, in dem ich sie stapele. Legen Sie nicht einfach eins auf das andere - Sie beschädigen sowohl die Magnete als auch Ihre Finger. Schieben Sie stattdessen den oberen Magneten auf den anderen. Wenn dies nicht funktioniert und die Magnete sich gegenseitig abstoßen, klappen Sie einen der Magnete um und wiederholen Sie den Versuch. Sie können diesen Schritt überspringen, wenn Sie einen großen Magneten haben.
Decken Sie den großen Magneten mit dem Behälter ab, legen Sie das Aluminiumblech darauf und Ihre Basis ist fertig.
Schritt 9: Passen Sie die Ausrichtung und Höhe der Basis an
Jetzt ist die Zeit für ein paar Schritte mit viel Text und ohne Bilder. Es ist wirklich schwierig, dynamische Probleme mit statischem Text zu erklären. Schauen Sie sich das Video in Schritt 1 an, um zu sehen, wie dies funktioniert.
Legen Sie ein flaches Blatt aus nicht magnetischem Material auf den Plastikbehälter und versuchen Sie, den Deckel zu drehen. Gute Chance, dass es nicht nur schwebt, sondern sich auch dreht. Einige Dinge könnten daran falsch sein:
* Der große Magnet ist verkehrt herum angebracht. Nehmen Sie die Abdeckung ab und senken Sie die Oberseite langsam ab. Wenn Sie beim Absenken der Oberseite nichts spüren, haben Sie das Gefühl, dass die Oberseite auf einem Magnetkissen sitzt, dann ist es die falsche Seite. Drehen Sie den großen Magneten um. Jetzt spürt das Oberteil einen Widerstand, während Sie es absenken, und der große Magnet beginnt, es in das Loch zu ziehen. Das ist die richtige Orientierung. Setzen Sie die Abdeckung zurück.
* Das Oberteil ist zu hoch über dem großen Magneten, daher stößt der große Magnet ihn ab und sobald Sie ihn drehen, fliegt er sofort weg. Verringern Sie den Abstand von oben zum großen Magneten, indem Sie den großen Magneten anheben. Unterlegscheiben und Flaschentassen helfen Ihnen beim Anheben des großen Magneten.
* Das Oberteil ist zu tief über dem großen Magneten, sodass der große Magnet das Oberteil zu stark anzieht und die Kreiselkraft nicht ausreicht, um es gerade zu halten. In diesem Fall fällt und fällt sofort nach dem Loslassen. Sie müssen den Abstand zwischen der Oberseite und dem Magneten vergrößern. Dazu heben Sie beispielsweise den Kunststoffbehälter an Unterlegscheiben von Flaschenbechern an.
Die perfekte Position für das Oberteil liegt etwas unterhalb dieses Punktes, wenn der große Magnet aufhört, das Oberteil abzustoßen und sich anzuziehen. Stellen Sie die Höhe des Magneten unter dem Kunststoffbehälter so ein, dass sich die Oberseite genau an dieser Position befindet, wenn Sie versuchen, ihn zu drehen. Sie können auch den kleinen Magneten allein am oberen Schaft bewegen, um das Setup zu optimieren.
Bitte beachten Sie, dass Sie in dieser Position das Oberteil möglicherweise etwas nach unten drücken müssen, während Sie es drehen. Wenn Sie dies als unbequem empfinden, können Sie den Abstand zwischen den Magneten etwas verringern.
In der Tat kann eine weitere Sache beim Drehen schief gehen: die Geschwindigkeit.
* Wenn Sie das Oberteil zu langsam drehen, beginnt es zu viel zu pressen und fällt zu schnell ab
* Wenn Sie das Verdeck zu schnell drehen, beginnt es noch schneller mit dem Pressen und fällt ebenfalls ab.
* Drehen Sie den Kreisel nicht zu schnell und nicht zu langsam. Beginnen Sie in der Tat von der langsamen Seite und erhöhen Sie die Geschwindigkeit, bis Sie die maximale Geschwindigkeit erreicht haben, nach der das Top verrückt wird.
Die spinstabilisierte Magnetschwebebahn arbeitet neben dem ersten Schleudern nur bei Drehzahlen zwischen 1000 und 3000 U / min (Umdrehungen pro Minute). Wenn Sie den Kreisel also schneller als 3000 U / min drehen, können Sie ihn nicht länger fliegen lassen.
Sobald Sie das Oberteil richtig positioniert haben, sollte es sich stabil auf dem Blatt drehen lassen. In der Tat, wenn Sie Glück und Geduld haben, können Sie es an einem Punkt positionieren, an dem es sich selbst stabilisiert. Selbst wenn Sie es nicht zu gut drehen, wird es sich irgendwann wieder aufrichten.
Oh, und eine weitere wichtige Sache ist, wo Sie anfangen sich zu drehen - es sollte genau über der Mitte des großen Magneten geschehen, sonst wird der kleine Magnet taumeln und sich überhaupt nicht drehen.
Schritt 10:
Es ist Zeit, die zweite Phase zu starten: Grobabstimmung. Heben Sie das Blatt langsam und gleichmäßig an und halten Sie dabei das Niveau aufrecht. Es können verschiedene Dinge passieren:
* Sobald Sie das Blatt ein wenig angehoben haben, springt die Oberseite und fliegt weg. Dies bedeutet, dass die Oberseite zu leicht ist und die Gravitationskraft nicht ausreicht, um die magnetische Abstoßungskraft zu kompensieren. Geben Sie etwas Gewicht nach oben. Messingscheiben sind die schwersten, Gummischeiben sind leichter. Sie können die Unterlegscheiben auch schleifen, um ihr Gewicht anzupassen.
* Sie heben das Blatt weiter an, aber die Oberseite nimmt das Blatt nie ab. Das Oberteil ist zu schwer und die magnetische Abstoßungskraft reicht nicht aus, um die Schwerkraft auszugleichen. Entfernen Sie eine Unterlegscheibe von der Oberseite. Wenn dies die letzte Waschmaschine ist, ersetzen Sie sie durch die leichtere. Wenn sich das Oberteil auch ohne Unterlegscheiben nicht abheben lässt, benötigen Sie einen stärkeren Satz Magnete.
Nach dem Hinzufügen und Entfernen von Unterlegscheiben an der Oberseite sollten Sie einen Punkt erreichen, an dem die Oberseite das Blatt abhebt, versucht, auf dem Magneten zu schweben, aber nach einer halben Sekunde fliegt sie weg. Wenn Sie bemerken, dass es immer in die gleiche Richtung fliegt, ist es Zeit für Phase 3: Nivellieren.
* Der Grund, warum die Oberseite immer in die gleiche Richtung wegfliegt, ist, dass das Magnetfeld des großen Magneten vollkommen eben ist. Ziemlich so, als würde eine Kugel den Hügel hinunter rollen. Sie können es mit einer normalen Höhe nicht einmal horizontal machen, da der große Magnet ungleichmäßig magnetisiert sein könnte. Sie müssen den Pegel des großen Magneten so lange einstellen, bis das Oberteil in verschiedene Richtungen davonfliegt. Stellen Sie außerdem sicher, dass der große Magnet wie ein Tisch auf einer festen Oberfläche liegt. Teppich wird nicht funktionieren, da Sie den Magneten zu häufig nacharbeiten müssen.
Die Wahrheit ist, dass Sie wahrscheinlich Phase 2 und 3 gleichzeitig durchführen müssen, da manchmal unklar ist, warum das Oberteil so schnell wegfliegt. Es könnte sowohl das Magnetfeldniveau als auch das Gewicht sein.
Auch hier können Sie Unterlegscheiben oder etwas anderes dickes und vorzugsweise nicht magnetisches unter den großen Magneten legen, um ihn auszurichten. Sie können sogar ein Arduino als Shim verwenden, wenn Sie einen Mikrocontroller in dieses Projekt einbeziehen möchten :)
Schritt 11: Passen Sie das Gewicht an
Zu diesem Zeitpunkt funktioniert fast alles einwandfrei, außer dass das Verdeck beim Wegfliegen immer noch nicht schweben kann. Zeit für die Phase 4: letzte Feinabstimmung.
* Fügen Sie das Gewicht der Oberseite hinzu. Sie müssen kleine Gewichte an der Spitze hinzufügen. Die Feineinstellgewichte sind nämlich so klein, dass die Unterlegscheiben nicht mehr funktionieren. Wir sprechen von einer Genauigkeit von 0,1 g. Der beste Kandidat zum Einstellen des Gewichts ist elektrisches Klebeband. Kleben Sie weiterhin kleine Stücke Klebeband auf, bis die Oberseite nicht mehr wegfliegt.
* Wenn das Oberteil einige Sekunden schwebt und dann herunterfällt - nehmen Sie einen Streifen heraus, schneiden Sie ihn in zwei Hälften und kleben Sie eine Hälfte zurück.
Mit Klebeband können Sie eine Platte bauen, die ein oder zwei Minuten schwebt. Ein Problem ist die schlechte Aerodynamik der Klebebänder. Sobald Sie das endgültige Gewicht herausgefunden haben, ist es wahrscheinlich eine gute Idee, die Aufnahme durch ein Bündel Messingscheiben zu ersetzen. Dies erhöht die Flugzeit auf bis zu 5 Minuten (2-3 Minuten sind eine realistischere Zeit).
Eine wichtigere Sache ist, dass die gesamte Oberseite sehr fest sein sollte. Keine Teile sollten ungesichert oder wackelig sein. Verwenden Sie bei Bedarf verrückten Kleber, damit er sich jedoch wie ein Stück anfühlt.
Schritt 12: Überraschen Sie Ihre Freunde!
Wenn Sie den ganzen Wahnsinn der Feinabstimmung hinter sich haben, ist es Zeit, Ihre Freunde schnell anzurufen und sie zu überraschen. Mach es schnell! Das Problem ist, dass der Effekt sehr instabil ist. Sobald sich die Temperatur im Raum ändert, müssen Sie die Feinabstimmung reduzieren. Luftfeuchtigkeit verändert? Gleiche Sache. Jemand hat eine Schere in die Nähe gelegt? Passen Sie es erneut an. Oder schieb die Schere weg, was auch immer einfacher ist :)
Die Tatsache, dass diese Art der Magnetschwebebahn so instabil ist, verringert ihre Verwendbarkeit erheblich. Grundsätzlich kann man mit erstaunlichen Menschen nicht viel anfangen. In den zukünftigen Anleitungen werde ich erklären, wie man praktischere Schwebegeräte baut. Also wählen, folgen, abonnieren und weiter basteln!
Wenn Sie dieses Instructable mögen, überprüfen Sie bitte meine anderen instructables. Danke fürs Lesen und Anschauen!
Zweiter in der
Starte es! Herausforderung
