2021年8月19日

科學玩具-磁學-磁浮軌道

之前到科教館(臺灣科學教育館)開會,獲得一個館方開發的、號稱磁浮的DIY伴手禮。沒有說明書,實際做出來的外觀大致上如下圖,的確也和磁力有關,但是卻跟真正的磁浮有段差距,也就是並非懸浮。

 
先折出兩側有厚度的紙盒軌道,隱藏部分物件
再將圓形磁鐵及裝飾用玩偶吸附在軌道上,即可運行

隱藏在紙盒子裡的軌道使用了2條常見的、長的軟磁條,裝的時候要注意極性,兩側軌道的磁極上下置放決定了一切。如果兩側磁條對圓形磁鐵均形成排斥,就會很不穩定,如果有玩過磁浮陀螺的夥伴就知道,陀螺需要持續旋轉才能穩定;也能讓兩側磁條都吸引圓形磁鐵;更能一邊吸引、一邊排斥。哪一種方式較好,做了才知道。

由於本身無動力,平放時將達穩定的靜力平衡
所使用的是重力驅動,因此須將紙盒傾斜,讓圓形磁鐵吸附在磁條上旋轉

市面上有些號稱磁浮的玩具軌道列車也是如此設計,但卻不是真正的磁浮,實際上是有接觸的。當紙盒受力傾斜時,圓形磁鐵重力的分力力矩(支點即為接觸點、力臂即為圓形磁鐵半徑)使得了圓形磁鐵旋轉。


磁條如何置放呢?我採用的模式是兩側均能吸引圓形磁鐵,讓圓形磁鐵吸附在同一側穩定前行時,而另一側提供的吸引力,則是讓圓形磁鐵保持水平,不至於因本身的重力而歪斜。過程中即使圓形磁鐵被吸附到另一側(換到另外一邊),運行也不會受影響。

知道這樣的製作原理後,可以設計圓形或橢圓形軌道,並加入電池與馬達驅動,讓圓形磁鐵持續轉動的話,水平的軌道即使不用傾斜,也能看到列車一直衝衝衝(外觀要設計一下,這是個人美感能力)。

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