市面上出售的20元左右的磁悬浮陀螺是个其乐无穷的玩具(见下图)。
但是由于空气阻力,旋转的陀螺大概过了一分钟左右就会由于转速过低而不能稳定悬浮,从高空摔下来。怎么能让小陀螺保持一定的转速,从而永远悬在空中呢?
在磁悬浮陀螺的正确理论发表的时候(1996年左右),文章的作者就曾用一个亥姆赫兹线圈产生交变的磁场,从而驱动旋转的陀螺。通过这个实验,
他们证明了如果陀螺转的太快(200赫兹以上),也不能保持稳定。这可能是与一般人所想象的完全相反的结论。但是这正是正确的理论所预言的结果。
我也尝试用一个交变的磁场来驱动小陀螺。请看视频。这里,交变的磁场由藏在大磁铁底座下的一个扁平的线圈产生(视频中有展示)。由Arduino产生方波,使得陀螺感受到水平方向交变的磁场,从而被驱动,转动频率和交变的磁场的频率保持一致。
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磁性冰箱贴里的有趣物理学