Para ilmuwan memecahkan misteri levitasi magnetik di luar fisika klasik

Para ilmuwan dari Universitas Teknik Denmark (DTU) telah mengkonfirmasi fisika dasar dari fenomena levitasi magnet yang baru ditemukan.

Pada tahun 2021, seorang ilmuwan dari Turki menerbitkan makalah yang merinci eksperimen di mana sebuah magnet dipasang pada sebuah motor, menyebabkannya berputar dengan cepat. Ketika susunan ini didekatkan dengan magnet kedua, magnet kedua mulai berputar dan tiba-tiba melayang pada posisi tetap beberapa sentimeter jauhnya.

Meskipun levitasi magnetik bukanlah hal baru – mungkin contoh yang paling terkenal adalah kereta maglev yang mengandalkan gaya magnet yang kuat untuk gaya angkat dan propulsi – eksperimen ini telah membingungkan para fisikawan karena fenomena tersebut belum dijelaskan dalam fisika klasik, atau setidaknya dalam fisika klasik mana pun. . Mekanisme levitasi magnetik yang diketahui.

Levitasi magnetik diperagakan menggunakan alat Dremel yang memutar magnet pada frekuensi 266 Hz. Ukuran magnet berputar adalah 7 x 7 x 7 mm3 dan magnet mengambang adalah 6 x 6 x 6 mm3 Video ini menunjukkan fisika yang dijelaskan dalam makalah. Kredit: DTU.

Namun, sekaranglah terjadi. Rasmus Björk, seorang profesor di DTU Energy, terpesona dengan eksperimen Okkar dan mulai mereplikasinya dengan mahasiswa master Joachim M. Hermansen sambil mencari tahu apa yang sebenarnya terjadi. Replikasi mudah dan dapat dilakukan dengan komponen siap pakai, namun fisikanya aneh, kata Rasmus Björk:

“Magnet seharusnya tidak melayang ketika berdekatan. Biasanya mereka saling tarik menarik atau tolak menolak. Tapi kalau salah satu magnet diputar, ternyata levitasi ini bisa dicapai. Dan itulah bagian yang aneh. Gaya pada magnet tidak boleh berubah hanya karena “Anda memutar salah satunya, jadi sepertinya ada hubungan antara gerak dan gaya magnet.”

Hasilnya baru-baru ini dipublikasikan di jurnal Tinjauan fisika terapan.

Beberapa percobaan untuk mengkonfirmasi fisika

Eksperimen tersebut melibatkan beberapa magnet dengan ukuran berbeda, namun prinsipnya tetap sama: dengan memutar magnet dengan sangat cepat, para peneliti mengamati bagaimana magnet lain di dekatnya, yang disebut “magnet mengambang”, mulai berputar dengan kecepatan yang sama sambil dengan cepat menempel pada magnet. posisi di mana ia tetap berada.

Mereka menemukan bahwa ketika magnet mengambang ditahan pada posisinya, magnet tersebut diorientasikan dekat dengan sumbu rotasi dan menuju kutub yang mirip dengan magnet yang berputar. Jadi, misalnya kutub utara magnet mengambang, ketika berputar, terus mengarah ke kutub utara magnet tetap.

Hal ini berbeda dari apa yang diharapkan berdasarkan hukum magnet statis, yang menjelaskan cara kerja sistem magnet statis. Namun, ternyata, justru interaksi magnetik statis antara magnet yang berputar yang bertanggung jawab menciptakan posisi keseimbangan pelampung, seperti yang ditemukan oleh rekan penulis dan mahasiswa doktoral Frederick L. Dorhus menggunakan simulasi fenomena ini. Mereka mengamati pengaruh signifikan ukuran magnet terhadap dinamika melayang: magnet yang lebih kecil memerlukan kecepatan rotasi yang lebih tinggi untuk terangkat karena inersianya yang lebih besar dan semakin tinggi ia terbang.

“Ternyata magnet yang melayang ingin sejajar dengan magnet yang berputar, namun ia tidak dapat berputar cukup cepat untuk melakukannya. Selama kopling ini dipertahankan maka ia akan melayang atau melayang,” kata Rasmus Bjork.

“Anda bisa membandingkannya dengan gasing yang berputar. Ia hanya akan berdiri jika berputar namun tetap pada posisinya karena rotasinya. Hanya ketika rotasi kehilangan energi maka gaya gravitasi akan muncul – atau dalam kasus kita, gaya dorong dan tarikan sebuah gasing. magnet – menjadi cukup besar untuk mengatasi keseimbangan.”

Referensi: “Levitasi Magnetik Alternatif” oleh Joachim Marko Hermansen, Frederik Laust-Dorhus, Kathrin Frandsen, Marco Piligia, Christian R.H. Bahl, dan Rasmus Björk, 13 Oktober 2023, Tinjauan fisik diterapkan.
DOI: 10.1103/PhysRevApplied.20.044036