Как поднять предмет своими руками

Сайт про изобретения своими руками

МозгоЧины

Сайт про изобретения своими руками

Как самому создать магнитную левитацию в домашних условиях

Как самому создать магнитную левитацию в домашних условиях

Магнитная левитация — метод, позволяющий с использованием только силы магнитного поля поднять и переместить предметы. Подобное явление применяют для нейтрализации различных ускорений, например, свободного падения.

Сам термин «левитация» имеет английское происхождение: levitate – подняться в воздухе. Это состояние, преодоления объектом гравитации: парение в воздухе, ни на что не опираясь, не отталкиваясь, не используя реактивную тягу. Физики дают такое определение левитации: стабильное положение предмета в поле гравитации, где сила тяжести встречает сопротивление возвращающей силы, что обеспечивает стабильное положение в пространстве. Левитация в естественном состоянии не существует.

Способы реализации магнитной левитации

Обеспечить равновесие объекта в пространстве можно, применив несколько способов: сервомеханизмы, диамагнетики, сверхпроводники и системы с вихревыми токами. Такие устройства дают возможность объекту сохранить равновесие, когда он поднят над основой с магнитом. Как сделать левитирующий прибор самостоятельно выясним в статье.

Электромагнитная левитация с системой слежения

Собрав устройство на основе электромагнита с использованием фотореле достигают левитации мелких металлических предметов. Они зависают в воздухе, приподнимаясь над электромагнитом, который закреплен на стойке. Электромагнит работает, пока предмет не затеняет фотоэлемент в стойке, то есть он получает световой сигнал от контрольной точки и предмет медленно поднимается.

Поднявшись на расчётное расстояние, предмет перекрывает контрольную точку, на фотоэлемент попадает тень, магнит отключается и предмет падает. Но окончательно упасть на стойку он не успевает: как только с контрольной точки уходит тень, фотоэлемент срабатывает, и магнит вновь включается. Досконально отрегулировав систему можно добиться ощущения парения предмета в воздухе.

Этот принцип положен в основу изготовления сувенирных левитирующих глобусов

Диамагнитная левитация

Самым доступным диамагнетиком (свойство намагничиваться против магнитного поля) является грифель карандаша из графита. У него сильная магнитная восприимчивость. Способен проявлять левитацию над неодимовым магнитом при температуре от 15 °C до 25 °C. Для создания магнитной ловушки полюса магнитов располагают в шахматном порядке.

Магнит с показателем индукции в 1Тл способен повиснуть между висмутовыми пластинами. Создав магнитное поле в 11 Тл, можно стабилизировать его левитацию даже между пальцами, так как они тоже диамагнетики.

Левитация магнита над сверхпроводником (эффект Мейснера)

Взяв пластину из оксида иттрия-бария-меди и охладив ее до −195,75 °C (жидкий азот), мы придаем ей свойства сверхпроводника. Положим под подставку с неодимовым магнитом эту пластину и уберем подставку: мы видим как магнит левитирует в воздухе.

Минимальная индукция в 1мТл способна приподнять на 4 миллиметра магнит над подобным сверхпроводником. Добавляя индукцию, увеличивается расстояние между пластиной и магнитом.

Это явление основывается на свойстве сверхпроводника выталкивать магнитное поле из сверхпроводящей фазы. Поэтому магнит, сталкиваясь с полем противоположного заряда, отталкивается от него и зависает над сверхпроводником, пока тот не потеряет свойства.

Левитация в условиях вихревых токов

Вихревой ток, возникающий в переменном магнитном поле больших проводников, может удержать некоторые металлические предметы, вызывая левитацию. Например: диск из алюминия может парить над катушкой переменного тока.

Это явление объясняет закон Ленца: индуцированный диском ток создает поле, противоположного направления. Таким образом, диск будет левитировать пока в катушке есть переменный ток. Главное подобрать подходящие габариты катушки.

Такое явление можно увидеть, запустив неодимовый магнит в медную трубу. Опять же индуцированное магнитное поле направляется противоположно магниту и заставляет его парить внутри трубы.

Основные типы магнитной левитации

На парящий предмет воздействует давление, которое можно получить, используя несколько конструкций. Принято выделять электромагнитные конструкции (ЕМS) и электродинамические устройства (EDS).

Системы ЕМS нестабильны в равновесном положении. Для приемлемой работы требуется оснащение автоматизированной системой управления, которая обеспечивает бесперебойный контроль.

Притяжение возможно между ферромагнетическими проводниками и электрическим магнитом. Работа подобных систем основана на принципах действия вихревого тока в проводящем компоненте. Это возможно при наличии переменного магнитного поля.

Система EDS может быть представлена двумя типами взаимодействий:

1. Стационарная катушка находится во взаимосвязи с магнитом, который является сверхпроводником.
2. Изменение в магнитном поле вызывает воздействие силы, генерирующей переменный ток.

Сила отталкивания, используемая в электродинамической системе, делает ее инертно стабильной. Что обуславливает использование постоянных магнитов в установках гибридного типа, а не в самостоятельных. Потому что постоянные магниты не обеспечивают стабильности положения в различных степенях свободы.

То есть, не поддерживая другими силами, которые воздействуют на статичность, невозможно обеспечить правильное функционирование системы.

Иногда планируется для обеспечения процесса левитации отойти от применения магнитных материалов и собрать систему из элементов отличной структуры. Тогда все равно возникает необходимость применять магнитные посредники (вставки).

Как сделать магнит своими руками

В основе действия всех левитаторов лежит магнитное основание. При желании можно сделать магнит в домашних условиях. Например, чтобы превратить обычную отвертку в магнитную. Понадобятся: батарейка 5 или 12 вольт, медная проволока, изолента, отвертка.

1. Берем отвертку и наматываем на нее от 280 до 350 витков очень плотно друг к другу.
2. Поверх проволоки наматываем изоленту, также тщательно.
3. Подключаем один конец проволоки к плюсу батарейки, другой к минусу и оцениваем магнитный эффект.

Магнитная левитация в домашних условиях

В 90х годах XX века очень популярной стала игрушка Левитрон, основанный на воздействии магнитного поля.

Это волчок-левитатор, зависший в воздухе. Подобную игрушку можно собрать в домашних условиях, чтобы понять сущность магнитной левитации. Как сделать левитрон – представим подробную инструкцию.

Список материалов:

• доска из дерева;
• простой карандаш;
• изолента;
• шайбы из пластика или латуни;
• картон;
• 13 дисковых неодимовых магнитов марки N52 размером 12*3 мм;
• широкий кольцевой магнит с наружным диаметром 20, внутренним 10мм марки N42.

Описание процесса сборки пошагово:

1. Изготовление раскладки. Изначально волчок собирался на двух керамических кольцевых магнитах. В нашей конструкции мы применим стандартные неодимовые магниты. Для начала распечатаем схему отверстий разметки для установки магнитов. Перед началом работ проверьте соответствие размеров в распечатанной схеме и указанных в исходнике. Если все соответствует, то вырежьте макет.
2. Готовим основание. На доску приложите бумажную схему и разметьте в соответствии с ней. Обратите внимание, что толщина деревянной заготовки должна быть от 6мм.
3. Перенос всех блоков схемы на основу. Приклейте бумажный носитель к получившейся основе. Используя сверло Форстнера (d=12мм), накерните центр кругов. Это обеспечит дальнейшую точность сверления.
4. Высверливаем отверстия. Применяя сверло Форстнера (d=12мм) делаем отверстия в заготовке так, чтобы дно отверстия заходило на 3 мм в верхнюю часть блока. Следует обеспечить расположение магнитов на максимально близком расстоянии к верхней части.
5. Установка магнитов. Когда отверстия готовы, вы еще раз проверили их размеры, установите магниты одним полюсом вверх, например южным. Для определения полюсности можно применить маркированный магнит D68PC-RB. Положим блок на стальную пластину, чтобы магниты легче прошли на дно отверстий. Возьмем магниты марки N52 и разложим в отверстия по одному как можно глубже. Если необходимо протолкнуть магнит, можно взять деревянный дюбель.
6. Как сделать волчок. Берем карандаш длиной 40 мм с заостренным концом. Наматываем на него изоленту, для увеличения диаметра подходящего под центральную часть кольцевого магнита. Вставьте карандаш в магнит, чтобы южный полюс располагался внизу, как и заостренная часть карандаша. Чтобы добавить вес волчку, воспользуйтесь пластмассовыми или латунными шайбами: наденьте несколько сверху. Для обеспечения правильной работы необходимо методом подбора определить приемлемое количество шайб.
7. Запускаем систему. Отрезаем картон или пластик для платформы. Укладываем его на магнитное основание. На платформе волчок начинает раскручиваться и постепенно с платформой поднимается вверх до попадания в яму магнитного поля.

Если все сделано правильно, то волчок зависнет. Отладка механизма может занять продолжительное время.

Советы по регулированию волчка:

• Постарайтесь обеспечить баланс основания. Применяйте кусочки картона или бумаги для поднятия сторон основания и его выравнивания. При отклонении от центра к какой-то стороне, поднимайте ее, подкладывая кусочки бумаги.
• Примените трехточечное нивелирование.
• Учитывайте вес волчка: устройство предполагает наличие магнитной ямы – сила магнита в центре слабее, чем возле края. Для удержания магнита в центре, следует добавить вес (при вылетании волчка) или уменьшить (если волчок не поднимается от платформы).
• Еще одним значимым показателем является высота платформы: низкая платформа не дает волчку достаточно раскрутиться. Следовательно, нужно подложить под нее бумагу или картон.
• При наличии под рукой 3D-принтера, можно распечатать на нем игрушку.

Таким образом, сделать левитрон своими руками в домашних условиях возможно. На основании представленных материалов можно сконструировать различные сувениры, предметы интерьера, способные порадовать вас и ваших знакомых. Помимо этого можно показывать всевозможные фокусы с магнитами и левитацией детям.

Источник

Как самостоятельно поднимать тяжелые предметы

Бывают случаи, что рядом нет помощников и возможности заказать грузчиков. А мебель и прочие массивные вещи – есть. И грузить эту мебель и тяжелые предметы приходится самостоятельно. В действительности это выполнимая задача, но в определенных рамках.

Подготовка и самостоятельная погрузка тяжелых предметов

Изучите предметы, которые вы собираетесь грузить. Размер – это еще не все. Потратьте некоторое время, чтобы проверить, не слишком ли тяжел груз, и найдите удобные места для подхвата. Последнее значительно уменьшит вероятность того, что вы пострадаете.

Хорошо ли сбалансирован объект? Если вы поднимаете коробки, есть ли риск того, что что-то упадет?

Выберите безопасный маршрут. Уберите все препятствия, которые стоят на вашем пути, чтобы потом не споткнуться, и будьте внимательны к лестницам и неровным полам.

Становитесь на позицию. Основа всего – в подготовке, а в нашем случае – в правильной позиции. Убедитесь, что ваши ноги на ширине плеч. Держите спину прямо, напрягите мышцы живота, согните колени, присядьте на корточки и смотрите прямо перед собой.

Если нужно, поставьте одно колено на пол, а другое перед собой согните под прямым углом (как рыцарь). Хорошенько ухватитесь за груз обеими руками и приготовьтесь к подъему.

Поднимите и перенесите. Держите предмет близко к телу и используйте мышцы ног, чтобы встать и поднять груз с пола. Ваша спина должна оставаться прямой на протяжении всего процесса. Делайте медленные и плавные движения.

Шаги должны быть небольшими. Не скручивайте тело при перемещении объекта, ведите бедрами, меняя направление движения. Двигаясь, держите плечи на одной линии с бедрами.

Сбросьте груз. Как только вы достигли места назначения и пришло время опустить предмет, вернитесь в положение сидя на корточках, используя только мышцы ног (не спины). Спина остается прямой, держите предмет близко к телу и осторожно опустите его.

Примечание: не пытайтесь перемещать пианино или предметы аналогичного размера в одиночку. Предметы такого размера требуют по крайней мере 2 или 3 человек.

Как поднимать тяжелые предметы с помощью шкивов

Шкивы представляют собой систему из одного или нескольких колес с петлевой веревкой вокруг них, предназначенную для распределения веса и облегчения подъема.

Соберите систему. Чтобы сделать свою собственную систему шкивов, понадобится как минимум один шкив, подъемные стропы, веревка, рабочие перчатки.

Оцените вес предмета. В качестве меры предосторожности подъемные ремни должны быть способны выдержать более чем двукратный вес объекта.

Прикрепите подъемные ремни к перемещаемому предмету. Убедитесь, что он хорошо прикреплен и не соскользнет.

Рассчитайте необходимое количество шкивов. Чем больше шкивов, тем проще для вас. Скорость уменьшается, а механическое преимущество увеличивается с каждым новым шкивом.

Поместите верхний шкив над конечным пунктом назначения груза. Таким образом, он будет качаться там сам по себе. Убедитесь, что вокруг траектории открытое пространство и нет помех.

Проверьте нагрузку. Если одного шкива недостаточно для того, чтобы запустить систему, может понадобиться еще несколько.

Как поднимать тяжелые предметы наверх и опускать вниз

Если нет возможности оборудовать систему шкивов, но есть ручная тележка, есть безопасный вариант перемещения тяжелых предметов.

Как разместить груз на тележке:

• Сдвиньте нижнюю сторону тележки под перемещаемый предмет.
• Надежно пристегните груз к боковой стороне ручной тележки и проверьте, хорошо ли он стабилизирован.
• Наклоните ручную тележку и уравновесьте вес на колесах.
• Поднимаясь наверх, идите задом наперед.
• Идите вперед, когда спускаетесь вниз.

Как переместить груз с ручной тележки на борт машины:

• Поднимая вещь с тележки, держите ноги на расстоянии не менее 50 см. Чем ближе они друг к другу, тем труднее сохранять равновесие.
• Присядьте на корточки, чтобы дотянуться до объекта внизу. Держите спину прямо, выпячивая грудь вперед. Согните колени, но не вытягивайте их слишком вперед.
• Крепко ухватитесь за тяжелый предмет, не прилагая чрезмерного усилия, иначе он может выскользнуть.
• Держите спину прямо, глядя вперед, а не вниз.
• Держите локти как можно ближе к телу
• Не выворачивайте поясницу при подъеме предмета.
• Отталкивайтесь ногами, сохраняя руки прямыми, только слегка согните их в локтях.
• Не сгибайте спину, держите грудь поднятой во время подъема.
• Постоянно держите тяжелый предмет как можно ближе к телу.
• Двигайтесь медленно, не сгибаясь назад. Если вес тяжелее, это может привести к тому, что вы упадете назад.

Почему необходимо соблюдать правила подъема тяжестей

Когда грудь выставлена вперед, а тело согнуто в бедрах и спина остается прямой, то травмы спины можно избежать. Колени будут сгибаться автоматически, так что мышцы ног и бедер будут вырабатывать силу для правильного подъема.

Скручивание – еще одна опасная ошибка, которая может привести к травме спины. Плечи должны находиться на одной линии с бедрами, чтобы избежать этого движения. Для изменения направления движения сначала двигайте бедрами, чтобы плечи двигались в унисон.

Когда плечи двигаются первыми, бедра, как правило, отстают, создавая опасное скручивание, которое может привести к травме спины, особенно суставов спины и таза.

Общие рекомендации по подъему тяжестей

Что необходимо помнить:

• Никогда не поднимайте предмет, наклоняясь.
• Никогда не поднимайте предмет выше уровня плеч.
• По возможности используйте тележку и другие приспособления для подъема грузов.
• Используйте рабочие перчатки.

Источник