铜管中磁铁运动特性分析
2021-03-30张禹涛刘琼柴一峰刘明伟郭英
张禹涛 刘琼 柴一峰 刘明伟 郭英



摘 要:研究铜管中磁铁下落的运动特性,通过实验证明传统观念认为的,磁铁达到稳定状态后将做匀速直线运动的结论是片面的,仅限于感应磁力较小的情况。当感应磁力足够大时,轨迹是曲线,这是由于磁铁不仅受到感应磁力,还会受到感应磁力矩的旋转作用。
关键词:楞次定律;电磁感应;安培力;磁场
中图分类号:O441 文献标识码:A
一、实验
实验仪器:稀土铷铁硼圆片磁铁:直径SymbolFA@
10mm,厚度SymboldA@
=3mm,重量1.738克,表面磁感应强度100高斯。1号紫铜管外径SymbolFA@
16mm,内径SymbolFA@
13mm,即壁厚d=1.5mm,长度L=293cm;2号紫铜管外径SymbolFA@
13.2mm,内径SymbolFA@
13mm,即壁厚d=0.1mm,长度L=29cm。实验过程中铜管竖直放置。采用华为Mate20手机拍照和计时器计时。
二、结果与讨论
第一步,采用一块磁铁做自由落体运动,初速为0cm/s,下降距离为铜管长度29.3cm,需要时间0.25秒,此时磁铁表面无论是平行地面还是垂直地面,下降过程中都不会改变方向,即运动轨迹属于直线运动,过程中保持平动特征。采用两块或三块磁铁下降现象相同。
第二步,将该磁铁在1号铜管上端口中心竖放,见图1(a),初速为0m/s,磁铁刚进入管内就发生旋转,在0.5s内由竖直转动到水平状态,下降速度减慢,先和左侧管壁发生碰撞,见图1(b),再向中心运动,接近右侧管壁,见图1(c),又向竖直状态旋转,见图1(d),接着又向水平方向旋转,期间和管壁发生多次,可以听到清脆的碰撞声,重复上述过程,直至落出管外。可见磁铁运动轨迹是曲线,不是直线。五次平均下降时间2.79s。
第三步:将该磁铁在1号铜管中心平放,在水平方向上仍然有位移,发生旋转,但是旋转幅度小,不会旋转到竖直位置,期间和管壁发生多次碰撞,最后落出管外。……
