معروف به غلبه بر گرانش است که در آن سوژه یا جسم بدون تکیه گاه در فضا است. کلمه Levitation از لاتین Levitas به معنای سبکی گرفته شده است.
معادل کردن شناور با پرواز اشتباه است، زیرا دومی مبتنی بر مقاومت هوا است، به همین دلیل است که پرندگان، حشرات و سایر حیوانات پرواز می کنند و معلق نمی شوند.
لویتاسیون در فیزیک
معروف شدن در فیزیک به موقعیت پایدار جسم در میدان گرانشی اشاره دارد، در حالی که بدن نباید به اجسام دیگر برخورد کند. معراج مستلزم برخی شرایط ضروری و دشوار است:
- نیرویی که می تواند کشش گرانشی و نیروی گرانش را جبران کند.
- نیروی که می تواند ثبات بدن را در فضا تضمین کند.
از قانون گاوس چنین برمی آید که در میدان مغناطیسی ساکن، اجسام یا اجسام ساکن قادر به شناور نیستند. با این حال، اگر شرایط را تغییر دهید، می توانید به شناور دست پیدا کنید.
لویتاسیون کوانتومی
عموم مردم برای اولین بار در مارس 1991 با انتشار عکس جالبی در مجله علمی Nature از شناور کوانتومی آگاه شدند. این نشان داد که مدیر آزمایشگاه تحقیقاتی ابررسانایی توکیو، دان تاپسکات، روی یک صفحه ابررسانا سرامیکی ایستاده بود و چیزی بین کف و صفحه وجود نداشت. معلوم شد که این عکس واقعی است و صفحه که همراه با کارگردانی که روی آن ایستاده بود، حدود 120 کیلوگرم وزن داشت، به لطف یک اثر ابررسانایی به نام اثر مایسنر-اچسنفلد می‌توانست بالای زمین معلق شود.
شناور دیامغناطیسی
این نام نوعی معلق در میدان مغناطیسی جسم حاوی آب است که خود دیامغناطیس است، یعنی ماده ای که اتم های آن قادر به مغناطیسی شدن بر خلاف جهت الکترومغناطیسی اصلی هستند. فیلد.
در فرآیند شناور دیامغناطیسی، نقش اصلی را خواص دیامغناطیسی رساناها ایفا می کند که اتم های آنها تحت تأثیر میدان مغناطیسی خارجی، کمی پارامترهای حرکت الکترون ها را در مولکول های خود تغییر می دهند. منجر به ظهور یک میدان مغناطیسی ضعیف در خلاف جهت اصلی می شود. اثر این میدان الکترومغناطیسی ضعیف برای غلبه بر گرانش کافی است.
برای نشان دادن شناور دیامغناطیسی، دانشمندان به طور مکرر آزمایشاتی را روی حیوانات کوچک انجام دادند.
این نوع شناور در آزمایشات روی اجسام زنده مورد استفاده قرار گرفت. در طی آزمایشات دریک میدان مغناطیسی خارجی با القای حدود 17 تسلا، حالت معلق (جلوگیری) قورباغه ها و موش ها به دست آمد.
طبق قانون سوم نیوتن می توان از خواص دیامغناطیس ها برعکس استفاده کرد، یعنی برای معلق کردن آهنربا در میدان دیامغناطیس یا تثبیت آن در میدان الکترومغناطیسی.
شناور دیامغناطیسی از نظر ماهیت مشابه شناور کوانتومی است. یعنی مانند اثر مایسنر، یک جابجایی مطلق میدان مغناطیسی از ماده هادی وجود دارد. تنها تفاوت جزئی این است که برای دستیابی به جابجایی دیامغناطیسی، به میدان الکترومغناطیسی بسیار قوی‌تری نیاز است، با این حال، برای دستیابی به ابررسانایی رساناها مانند شناور کوانتومی، اصلاً لازم نیست که سرد شوند.
در خانه، حتی می توانید چندین آزمایش روی شناور دیامغناطیسی انجام دهید، به عنوان مثال، اگر دو صفحه بیسموت (که یک دیامغناطیس است) دارید، می توانید آهنربایی را با القایی کم، حدود 1 T تنظیم کنید. در حالت معلق علاوه بر این، در یک میدان الکترومغناطیسی با القای 11 تسلا، می توانید یک آهنربای کوچک را در حالت معلق با تنظیم موقعیت آن با انگشتان خود تثبیت کنید، در حالی که اصلاً آهنربا را لمس نکنید.
دیامغناطیس های رایج تقریباً همه گازهای بی اثر، فسفر، نیتروژن، سیلیکون، هیدروژن، نقره، طلا، مس و روی هستند. حتی بدن انسان نیز در میدان مغناطیسی مناسب الکترومغناطیسی دیامغناطیس است.
شناور مغناطیسی
شناور مغناطیسی موثر استروشی برای بلند کردن یک جسم با استفاده از میدان مغناطیسی در این حالت از فشار مغناطیسی برای جبران گرانش و سقوط آزاد استفاده می شود.
طبق قضیه ارنشاو، نگه داشتن یک جسم در میدان گرانشی به طور پیوسته غیرممکن است. یعنی شناور در چنین شرایطی غیرممکن است، اما اگر مکانیسم‌های عمل دیامغناطیس‌ها، جریان‌های گردابی و ابررساناها را در نظر بگیریم، می‌توان به شناور مؤثر دست یافت.
اگر شناور مغناطیسی با تکیه گاه مکانیکی بالابر را فراهم کند، به این پدیده شبه معلق می گویند.
اثر مایسنر
اثر مایسنر فرآیند جابجایی مطلق میدان مغناطیسی از کل حجم هادی است. این معمولاً در هنگام انتقال هادی به حالت ابررسانا رخ می دهد. این چیزی است که ابررساناها با ابررساناهای ایده آل تفاوت دارند - علیرغم این واقعیت که هر دو هیچ مقاومتی ندارند، القای مغناطیسی هادی های ایده آل بدون تغییر باقی می ماند.
برای اولین بار این پدیده در سال 1933 توسط دو فیزیکدان آلمانی - Meissner و Oksenfeld - مشاهده و توصیف شد. به همین دلیل است که شناور کوانتومی گاهی اوقات اثر مایسنر-اچسنفلد نامیده می شود.
از قوانین کلی میدان الکترومغناطیسی چنین بر می آید که در صورت عدم وجود میدان مغناطیسی در حجم یک رسانا، فقط یک جریان سطحی در آن وجود دارد که فضای نزدیک سطح ابررسانا را اشغال می کند. تحت این شرایط، یک ابررسانا مانند دیامغناطیس رفتار می کند، در حالی که یکی نیست.
اثر Meissner به کامل و جزئی تقسیم می شودبسته به کیفیت ابررساناها اثر کامل مایسنر زمانی مشاهده می شود که میدان مغناطیسی کاملاً جابجا شود.
ابررساناهای دمای بالا
در طبیعت تعداد کمی ابررساناهای خالص وجود دارد. بیشتر مواد ابررسانا آنها آلیاژهایی هستند که اغلب فقط اثر مایسنر جزئی از خود نشان می دهند.
در ابررساناها، توانایی جابجایی کامل میدان مغناطیسی از حجم آن است که مواد را به ابررساناهای نوع اول و دوم جدا می کند. ابررساناهای نوع اول، مواد خالصی مانند جیوه، سرب و قلع هستند که می توانند اثر مایسنر را حتی در میدان های مغناطیسی بالا نشان دهند. ابررساناهای نوع دوم اغلب آلیاژها و همچنین سرامیک ها یا برخی از ترکیبات آلی هستند که در شرایط میدان مغناطیسی با القای زیاد، تنها قادر به جابجایی جزئی میدان مغناطیسی از حجم خود هستند. با این وجود، در شرایط قدرت میدان مغناطیسی بسیار کم، تقریباً همه ابررساناها، از جمله نوع II، قادر به اثر کامل مایسنر هستند.
چند صد آلیاژ، ترکیب و چندین ماده خالص دارای ویژگی‌های ابررسانایی کوانتومی هستند.
تجربه تابوت محمد
«تابوت محمد» نوعی ترفند با شناور است. این نام آزمایشی بود که به وضوح اثر را نشان داد.
طبق افسانه مسلمانان، تابوت حضرت محمد در بلاتکلیفی و بدون هیچ گونه حمایت و پشتیبانی در هوا بود. دقیقااز این رو نام تجربه است.
توضیح علمی تجربه
ابررسانایی فقط در دماهای بسیار پایین قابل دستیابی است، بنابراین ابررسانا باید از قبل خنک شود، به عنوان مثال، با گازهای با دمای بالا مانند هلیوم مایع یا نیتروژن مایع.
سپس یک آهنربا روی سطح یک ابررسانای صاف خنک شده قرار می گیرد. حتی در میدان هایی با حداقل القای مغناطیسی که از 0.001 تسلا تجاوز نمی کند، آهنربا حدود 7-8 میلی متر از سطح ابررسانا بالا می رود. اگر به تدریج قدرت میدان مغناطیسی را افزایش دهید، فاصله بین سطح ابررسانا و آهنربا بیشتر و بیشتر می شود.
آهنربا تا زمانی که شرایط خارجی تغییر کند و ابررسانا ویژگی‌های ابررسانایی خود را از دست بدهد به حرکت خود ادامه می‌دهد.
