- Xe: trên mỗi bên của xe có gắn 4 nam châm đen vuông (2cmx2,5cm) tạo thành một hàng. Bố trí sao cho hai hàng nam châm trên xe đối xứng nhau qua trục của xe.
- Hệ thống ray: gồm 2 hàng nam châm đen lớn (2,5cmx6cmx1cm) cũng được bố trí sao cho đối xứng nhau qua trục của hệ thống.
Kết quả sau khi lắp ráp.
Hình 3.4 Hàng ray mô hình 1.
Hình 3.6 Xe bị hút lệch về một bên hàng ray. Hiện tƣợng quan sát đƣợc.
- Xe không nổi được trên hệ thống ray mà bị hút lệch sang một bên ray.
- Nếu dùng tay tác dụng lên xe một lực hướng xuống, ta thấy xe chịu một lực nâng tổng hợp lớn.
Nguyên nhân dẫn đến hiện tƣợng trên.
Ta có thể coi cơ chế xe nổi trên đệm từ như cơ chế vật nổi chịu tác dụng của hai lực: trọng lực và lực nâng. Khi đó, xe sẽ chịu tác dụng của hai lực: trọng lượng của xe có điểm đặt tại khối tâm xe và lực đẩy có điểm đặt tại giao điểm của F21 và F31. Ta có:
- Xe ở trạng thái cân bằng khi: lực đẩy và trọng lực cân bằng với nhau. - Xe sẽ có xu hướng quay khi khối tâm ở vị trí cao hơn điểm đặt của lực đẩy. - Xe có khối tâm đặt càng thấp thì xe càng được cân bằng bền.
a. b. c.
Hình 3.7: Các trạng thái của vật: (a) vật đang ở vị trí cân bằng; (b) vật có xu hướng xoay nếu giá của lực F và P không trùng nhau; (c) vật ở vị trí cân bằng bền. Trên thực tế, lực đẩyF21vàF31 có độ lớn khác nhau vì từ trường do nam châm trên hai ray không giống nhau. Do đó, giá của véctơ trọng lực và giá của véctơ lực đẩy tổng hợp không trùng nhau. Chính vì vậy, moment của trọng lực và moment lực nâng tổng hợp sẽ không triệt tiêu nên sẽ có hiện tượng xe bị quay dẫn đến các nam châm trên xe và ray không còn ở vị trí trực đối nữa.
Phƣơng hƣớng điều chỉnh.
Cách 1: Hạ thấp khối tâm của xe bằng cách gia trọng thêm túi cát hai bên xe (tức là tăng thêm khối lượng cho xe).
Kết quả sau khi điều chỉnh.
Vẫn còn hiện tượng xe bị hút lệch về một bên của hàng ray, xe không nổi được trên hệ thống. 𝐹 𝑃 𝑃 𝐹 𝑃 𝐹
Hình 3.8 Xe bị hút lệch về một phía ray sau khi tinh chỉnh.
Cách 2: Gắn mỗi bên xe 1 viên nam châm đen (2,5cmx6cmx1cm) đặt sao cho vuông góc với hàng nam châm trên ray.
Mục đích:
- Tăng khối lượng của xe để hạ thấp khối tâm của xe.
- Bố trí nam châm trên xe vuông góc với nam châm trên ray để đảm bảo:
Nam châm trên xe luôn được đặt trực diện với nam châm trên ray.
Lực nâng có giá trị gần bằng trường hợp sử dụng nam châm vuông nhỏ trên xe. Xét ở cùng khoảng cách 2cm so với bề mặt nam châm đen (2,5cmx6cmx1cm), F31 0, 42Nkhi đặt nam châm (2,5cmx6cmx1cm) vuông góc với ray; F31 0,37Nkhi sử dụng nam châm vuông nhỏ trên xe.
Hình 3.9 Xe trong mô hình 2.
Hình 3.10 Xe không được nâng lên trên hệ thống ray.
Hiện tƣợng quan sát đƣợc: Xe không nâng lên được do lực nâng tổng hợp nhỏ hơn trọng lượng của xe vì diện tích tiếp xúc đối nhau của 2 nam châm nhỏ.
Cách 3: Xoay nam châm trên xe theo các hƣớng khác nhau.
Mục đích: Tăng diện tích tiếp xúc đối nhau của 2 nam châm để tăng lực nâng giữa ray và xe.
Hình 3.11 Nam châm được đặt theo phương nằm ngang trên xe.
Hình 3.12 Nam châm được đặt theo phương xiên trên xe.
Hiện tƣợng quan sát đƣợc: xe được đẩy lên nhưng bị hút lệch về một bên ray.
Do đó, tôi chọn phương án đặt nam châm trên xe vuông góc với nam châm trên ray, sau đó tôi sẽ tăng lực đẩy bằng cách thêm hàng nam châm song song với hàng nam châm trên ray.
Phƣơng án 1: Dùng nam châm lớn.
Bố trí mỗi bên của hệ thống ray 2 hàng nam châm song song nhau (hình 3.13). Trên xe thì mỗi bên gắn 1 nam châm sao cho vuông góc với nam châm trên ray.
Hình 3.13 Hệ thống ray gồm 4 hàng nam châm.
Hiện tƣợng quan sát đƣợc: Xe bị lệch do lực đẩy lớn (vì lúc này diện tích tiếp xúc đối nhau của nam châm trên xe và ray được tăng lên gấp đôi so với lúc chưa thêm hàng nam châm).
Hƣớng giải quyết đƣợc đƣa ra:
Hình 3.14 Xe bị hút lệch về một bên ray sau khi chỉnh.
Kết quả: Xe không nổi được trên hệ thống ray và bị hút lệch về một phía của ray (giống hiện tượng mô hình 1).
Phƣơng án 2: Dùng các nam châm nhỏ.
Tăng lực nâng bằng cách sử dụng thêm hàng nam châm nhỏ đặt song song với hàng nam châm trên ray. Tôi tiến hành khảo sát với từng loại nam châm khác nhau nhưng kết quả thu được xe không được nâng lên. Nếu dùng tay tác động (nhấc nhẹ) vào xe thì xe có xu hướng bị lật và bị hút về một bên của ray.
Ngoài ra, tôi thử thay đổi các vị trí khác nhau của nam châm trên xe nhưng hiện tượng quan sát được đó là không đủ lực đẩy để nâng xe lên hoặc xe được đẩy lên nhưng bị lệch về một bên.
3.1.2.3 Nhận xét.
Từ việc khảo sát thực tế các mô hình trên, tôi nhận thấy rằng cấu hình 1 có nhiều hạn chế.
- Thiếu lực kéo về khi xe bị lật.
- Các nam châm không thể nằm trực diện với nhau được. Trên cùng một mặt cực của nam châm, từ trường không đồng nhất tại mọi điểm nên khi đặt 2 nam châm trực diện nhau thì đó là vị trí cân bằng không bền. Do đó, chỉ cần
nam châm trên xe thay đổi vị trí thì tương tác giữa nam châm trên xe và ray không còn là lực đẩy nữa mà trở thành lực hút.
Hình 3.15 Vị trí trực diện của hai nam châm là vị trí cân bằng không bền.
Kết luận: Ta không thể chế tạo đệm từ trường theo cấu hình 1 được với điều kiện hiện có.