レビテーション


  • Global Moderator

    Levitation空中浮遊 にはいろいろな方法がありますが、ここでは、最近よく見かけるようになった、磁力による方式に着目してみましょう。

    0_1550376387348_levitating-clock.png
    https://www.youtube.com/watch?v=jxm6GrwtRi0

    この動画で紹介されている時計は、なかなか印象的です。空中浮遊する金属球が時計の針の役割をするようです。Kickstarterで資金を集めて開発されたようです。詳しい仕組みは説明されていませんが、磁力によるとしています。



  • @ソム さん
    面白い。表面の木目プリント?の下に駆動機構が存在しそうな感じです。??


  • Global Moderator

    小さいころに、磁石をコマのように回転させて、反発する磁石の上に空中浮遊できないか試したことがあります。そのときは、失敗しましたが、後にコマを磁力で浮かせる商品を見付けてちょっと悔しい思いをしました。

    今から考えれば、磁力による反発だけでは、位置を安定化させるのには不十分と思われます。いったいどういう仕組みなら安定化できるのでしょうか?

    最近こんなものを購入してみました:
    0_1550376798074_levitation-1.jpg

    ITEM NO. TG7BS FLOATING DISC です。約105mm四方のステージの上に、φ42mmぐらいの磁石の円盤を浮かすことができます。電源を入れて、円盤をステージの中央付近に近づけると、空中に吸い寄せられるような場所があります。ここに円盤を保つと、ちょっとブルブルするような手応えがあります。手が滑ると、円盤は脇へ吸い寄せられるように墜落していまいます。しかし、うまく位置を手で保つことができれば、あるときから、位置がぴたっと安定するのが感じられます。こうなると、手を離しても位置は保たれます。円盤は浮遊してゆっくり回転します。

    一旦安定すると、円盤の上に物を載せることもできます。
    0_1550377125672_levitation-2.jpg 0_1550378075412_levitation120.gif


  • Global Moderator

    この TG7BS FLOATING DISC による空中浮遊の仕組みを知るヒントになる事柄があります:

    • 電源が必要。
    • 電源を入れなければ、円盤は浮遊させられない。
    • 電源を入れなくても、円盤はステージから磁力による反発を受ける。
    • 浮遊中に駆動音などはせず靜かである。可動部があるような振動もない。

    これらからすると、永久磁石と電磁石を組み合わせた方法のように予想できます。


  • Global Moderator

    レビテーション@riffraff さんが発言 :

    表面の木目プリント?の下に駆動機構が存在しそうな感じ

    おそらく TG7BS の仕組み+αだと思います。単純には、TG7BSの(現時点では未知の)機構が木目板の中を移動すれば実現できそうです。木目の本体が相当分厚いのも説明が付きます。ただ、そうすると、本体に可動部が生じ、振動が出たり、機械的な故障が出たりと、あまり筋がよろしくなさそうです。もし、可動部なく実現できるのなら、すばらしいと思います。



  • @ソム さん

    磁力による反発だけでは、位置を安定化させるのには不十分と思われます。

    アーンショーの定理というのが知られています。
    https://ja.wikipedia.org/wiki/アーンショーの定理

    磁気浮上だけなら、中身はこんな感じでしょう。
    https://www.ebay.ca/itm/DIY-500g-magnetic-levitation-module-magnetic-levitation-platform-power-supply/263529446696?hash=item3d5b943d28:g:gUoAAOSw9j9amr0b:rk:1:pf:0


  • Global Moderator

    @軒下 さん

    今年もよろしくお願いします。

    磁気浮上だけなら、中身はこんな感じでしょう。

    ご紹介ありがとうございます。大きさや形状は似てますね。穴空き円盤型のが永久磁石で、中央に4つあるのが電磁石っぽいですね。TG7BS をさわりながら、逆の配置を私は想像していました。中央に永久磁石、周囲に電磁石です。しかし、磁力が可変制御できるのは電磁石で、かつ、それほど大きな磁力は出せないので、中央に配置したほうが、筋がよさそうにも思えます。

    ただ、電磁石があるだけでは安定化はできないと思います。センサーを用いたフィードバック制御が必要だと思います。電磁石自身が浮遊円盤の変位を電流変化によって検知するセンサーなのかもしれません。あるいは、ホール・センサーか。まだ謎は残ります。

    アーンショーの定理というのが知られています。

    この手の法則は明快ですが、適用のための前提が意外に多かったりします。仮に神様養成学校というのがあって、私がそこで天使見習い1年生として熱力学第二法則を学んだら、生命なんて創造できるはずがないと思うでしょう。しかし、ご存知のように法則の前提には抜け道がたくさんあって、、、、というところです。それから、静磁場による安定化は不可能でも、ほとんど安定、つまり、円盤が墜落するのに100年かかるような不安定もありえるわけです。それはそれで成功です。生命もそうしたものかもしれません。

    磁気浮遊の場合には、系に重力も関係します。ご存知のように、@riffraff さんや私が大好きな天の世界では、重力が何百年にも渡り安定な系を作っています。これだけからしても、単純に永久磁石だけで地上で磁気浮遊が不可能とも言い切れないのではと、考えたりします。それでも、重力下の磁気反発だけでは安定化は難しそうと感じはしています。



  • @ソム さん
    こちらこそよろしくお願いします。

    似たような製品をばらしたブツを見たことがあります。その時の記憶では、ホール・センサーが使われていたと思います。

    磁気浮上については、いろいろと思考実験を繰り返しています。アーンショーの定理のどこかに穴があるんじゃないかと薄っすら感じているからです。

    都合の良いことに、磁気回路シミュレーションが本職なので、たまーに思い付いたことをモデル化し解析して、結果を眺めてガッカリ、なんて経験もあります。

    非常識な思い付きは既に1個発見(?)済なので、それだけは幸せな気分です。



  • @軒下 より

    ネットからの拾い物の体で

    https://imgur.com/a/5fdDYDq


  • Global Moderator

    @軒下 さん

    「定理」に対して同じように感じておられたんですね。意外に大きな隙間がぽろっと開いていたりしますね。教科書を勉強すると、いろいろなところに繰り返し書かかれる事柄があり、その狭い範囲でやりくりしているとよくわかりますね。私も、分野の教科書によく出てくる現象の、よく書かれていない面でちょっとしたことを見付け、応用で結果が出せたことがあります。

    非常識な思い付きは既に1個発見(?)済なので、それだけは幸せな気分です。

    だから、↑のような気持ちはよく分かります。フフフという感じです。

    都合の良いことに、磁気回路シミュレーションが本職なので、たまーに思い付いたことをモデル化し解析して、

    楽しそうです! 磁気回路っていうのは、熱伝導と同じように、電流と抵抗の等価回路で系を理解できるんですよね(たぶん)。ここは磁気ファンのスレッドになりますので、語って下さい!


  • Global Moderator

    @軒下 さん

    別スレッド「どうやって作るんですか?」でも紹介されていましたね。
    https://expo70.xyz/forum/post/1918

    そのときは謎は解けませんでしたが...。

    追加
    私の理解を絵にしてみました(謎が解けたわけでなく、単に軒下さんの説明を絵にしただけです)。

    側面図
    0_1550666398731_secret-magnet-01.png


  • Global Moderator

    軒下さんの「秘密の磁石」を見たときに、あまりにも素人じみているので書かなかった考察があります。

    「秘密の磁石」の間が2つに切れていなければ、何も不思議ではありません。磁石は切っても切っても磁石と言います。うっかり磁石を割ってしまい、二つが元にくっつかず悲しい思いをしたことがあれば、実感として分かります(割る向きにもよるのでしょう)。ここで不思議なのは、磁石はどうやって自分が割れたことを知るのか?です。もちろん、磁石全体に意思などなく、切断面付近で微視的に判断されると推測するのですが、私がその付近の原子だとして、隣に居た原子がいなくなれば、分かりそうです。でも切断面からちょっと奥まったところに居たときに、分かるのかなあと思います。あるいは、途中まで切れていたら、どう判断するのでしょう。あるいは、隙間を磁石と似た材料でぴったり埋めたらどうなるのでしょう? 判断条件が分かれば、それを回避するような処理を切断面に施し、磁石に割れたことを気づかせないことができるのでしょうか?

    手元にあればいろいろ試して分かることもあるのですが、割って遊べそうな磁石が見当たりません。一時期磁石を持ち歩いていたこともあるのですが、たぶんそのせいで銀行カードがおシャカになったり、いくつかの面倒が生じたので、身の回りに集めないようになりました(笑



  • @ソム さん
    この側面図のように磁石が並んでいたら、反発力で2個の磁石は離れてしまいます。

    ・・・ということは?ニヤリ



  • @ソム さん
    現実のネオジム磁石の場合、数ミクロンの粒が集まって、一塊の磁石になっています。

    粒と粒の間は粒界相と呼ばれるナノメートルオーダーの組織で、ほぼ隙間なく埋められています。

    切断面がなければ、粒と粒が同じ方向にN極同士並んでいたとしても、組織としてくっ付いて固まっていますのでバラバラになることはありません。

    もし切断面(通常クラックと呼ばれる)が発生してしまうと、そこを起点に磁石が割れる恐れがあります。

    それを回避するような処理を切断面に施し、磁石に割れたことを気づかせないことができるのでしょうか?

    それに気付いた方が、件の写真を流出させました。コロンブスの卵的な発想です。ネタはとてもシンプルです。でも、なかなかバズらないorz。

    その気になれば、ネットでタネ明かしの資料が見つかるはずです。
    (一応、私も元ネタを知っていますが、皆さまの調べる楽しみを奪ってはいけませんね(笑)。)


  • Global Moderator

    レビテーション@軒下 さんが発言 :

    現実のネオジム磁石の場合、数ミクロンの粒が集まって、一塊の磁石になっています。

    知りませんでした。そもそも磁石がどうやって作られるのか調べました。

    永久磁石の販売をしているNeoMagという会社が、ネオジム磁石を例に、磁石の製法を説明する記事を公開されていました:

    ネオジム磁石の製造方法シリーズ(1)~(9)
    https://www.neomag.jp/mailmagazines/mailmag_index.html

    記事によると、製造工程は「溶解」→「粗粉砕」→「微粉砕」→「磁界中成形」→「焼結」→「熱処理」→「加工」→「表面処理」→「検査」→「着磁」となるそうです。

    このうち、興味深かったプロセスとしては、まず、磁石のもとになる合金を、1~10μmの粉になるまで「粉砕」します。合金中の結晶や磁区をばらばらにして、それぞれが一定の磁化されやすい軸方向を持つ粉体にするそうです。そして、これを磁界中で向きを揃えながら圧縮「成形」します。こうすると、一定方向だけに着磁しやすくなり、そうしない磁石よりも、着磁しやすく磁化が強くなりやすいそうです。

    次に「焼結」「熱処理」をします。それまでは粉体の隙間部分が体積の50~60%あったものが、97~99%になるそうです。こうなると、大部分を占める10μm程度の主相と、その間に成分の偏りのある相、残りは空孔の組織構造となるようです。「表面処理」は防食のためです。最終的に「着磁」を外部磁界を用いて行います。このときの磁界は「成形」のときと方向が一緒である必要があるのかどうかは記事からはわかりませんでしたが、強さはそのときの2倍ぐらい 20 kOe で行うそうです。「検査」は着磁の前にも後にも行うそうです。


  • Global Moderator

    レビテーション@軒下 さんが発言 :

    この側面図のように磁石が並んでいたら、反発力で2個の磁石は離れてしまいます。
    ・・・ということは?ニヤリ

    でも???

    • 片方の磁石は鉄板に接着されている。
    • もう片方の磁石は鉄板上を動かせる。
    • 上面は両方ともN極である。

    これらの条件を満たすためには、「側面図のように磁石が」並ぶしかないのではと思いました。分からない~(笑 写真で見えていない部分に何かヒミツがあるのでしょうか???


  • Global Moderator

    レビテーション@ソム が発言 :

    写真で見えていない部分

    例えば、鉄板の反対側に別の磁石がくっついていたら???とふと思いました。



  • @ソム さん
    残念ながら、それは不正解です。

    側面図に描かれた部品だけで実現できます。

    側面図をじーっと眺め、ここがこうなったら?ということをいくつか考えだしてみてください。

    5個くらい挙げれば、その中に正解があるかも。


  • Global Moderator

    @軒下 さん

    残念ながら、それは不正解です。
    側面図に描かれた部品だけで実現できます。

    ムキー(笑

    こんなの考えてみました!
    0_1550928952984_secret-magnet-02.png



  • @ソム さん
    物凄く惜しい!もう一声。

    もう少し頭を柔らかに。それより近道がありますよ。


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