Les scientifiques résolvent le mystère de la lévitation magnétique au-delà de la physique classique

Des scientifiques de l'Université technique du Danemark (DTU) ont confirmé la physique fondamentale du phénomène de lévitation magnétique récemment découvert.

En 2021, un scientifique turc a publié un article détaillant une expérience dans laquelle un aimant était attaché à un moteur, le faisant tourner rapidement. Lorsque cette configuration a été rapprochée d’un deuxième aimant, le deuxième aimant a commencé à tourner et a soudainement plané dans une position fixe à quelques centimètres.

Bien que la lévitation magnétique n'ait rien de nouveau (l'exemple le plus célèbre est peut-être celui des trains à sustentation magnétique qui s'appuient sur une forte force magnétique pour la portance et la propulsion), l'expérience a intrigué les physiciens car le phénomène n'a pas été décrit en physique classique, ou du moins dans aucune physique classique. . Mécanisme connu de lévitation magnétique.

La lévitation magnétique est démontrée à l'aide d'un outil Dremel faisant tourner un aimant à une fréquence de 266 Hz. La taille de l'aimant rotatif est de 7 x 7 x 7 mm3 et celle de l'aimant flottant est de 6 x 6 x 6 mm3. Cette vidéo démontre la physique décrite dans l'article. Crédit : DTU.

Cependant, c’est le cas maintenant. Rasmus Björk, professeur à DTU Energy, a été fasciné par l'expérience d'Okkar et a décidé de la reproduire avec l'étudiant en maîtrise Joachim M. Hermansen tout en découvrant exactement ce qui se passait. La réplication était facile et pouvait être réalisée avec des composants disponibles dans le commerce, mais sa physique était étrange, explique Rasmus Björk :

« Les aimants ne devraient pas planer lorsqu'ils sont proches les uns des autres. Habituellement, ils s'attirent ou se repoussent. Mais si vous faites tourner l'un des aimants, il s'avère que vous pouvez réaliser cette lévitation. Et c'est ce qui est étrange. La force exercée sur les aimants ne devrait pas changer simplement parce que « Vous faites pivoter l'un d'eux, il semble donc y avoir un couplage entre le mouvement et la force magnétique. »

Les résultats ont été récemment publiés dans la revue Revue de physique appliquée.

Plusieurs expériences pour confirmer la physique

Les expériences ont porté sur plusieurs aimants de tailles différentes, mais le principe est resté le même : en faisant tourner un aimant très rapidement, les chercheurs ont observé comment un autre aimant à proximité, appelé « aimant flottant », se mettait à tourner à la même vitesse tout en se collant rapidement à un aimant. position où il est resté.

Ils ont constaté que lorsque l’aimant flottant est maintenu en position, il est orienté près de l’axe de rotation et vers le pôle, comme l’aimant rotatif. Ainsi, par exemple, l’ombre du pôle nord de l’aimant flottant, lorsqu’elle tourne, pointe vers le pôle nord de l’aimant fixe.

Ceci est différent de ce à quoi on pourrait s’attendre sur la base des lois du magnétisme statique, qui expliquent le fonctionnement d’un système magnétique statique. Cependant, il s’avère que ce sont précisément les interactions magnétiques statiques entre les aimants rotatifs qui sont responsables de la création de la position d’équilibre des flotteurs, comme l’a découvert le co-auteur et doctorant Frederick L. Dorhus utilisant une simulation de ce phénomène. Ils ont observé un effet significatif de la taille des aimants sur la dynamique du vol stationnaire : les aimants plus petits nécessitent des vitesses de rotation plus élevées pour la portance en raison de leur plus grande inertie et de leur vol plus haut.

« Il s'avère que l'aimant flottant veut s'aligner avec l'aimant rotatif, mais il ne peut pas tourner assez vite pour le faire. Tant que ce couplage est maintenu, il planera ou lévitera », explique Rasmus Bjork.

« Vous pouvez le comparer à une toupie. Elle ne se lèvera que si elle tourne mais est fixée en position par sa rotation. Ce n'est que lorsque la rotation perd de l'énergie que la force de gravité – ou dans notre cas la poussée et la traction d'une toupie » aimant – devenir suffisamment grand pour surmonter l’équilibre.

Référence : « Alternating Magnetic Levitation » de Joachim Marko Hermansen, Frederik Laust-Dorhus, Kathrin Frandsen, Marco Piligia, Christian R.H. Bahl et Rasmus Björk, 13 octobre 2023, Un examen physique a été appliqué.
DOI : 10.1103/PhysRevApplied.20.044036