Юный техник, 2015 № 10

Еще эксперимент. Возьмем гвоздь. Прикрепим его к пружине. Приподнимем так, чтобы гвоздь повис в воздухе. Упругая сила пружины уравновесила его вес. А может ли повиснуть гвоздь в воздухе, уравновешенный магнитом? Опыт показывает, что нет — гвоздь либо прилипает к магниту, либо падает на землю. И сколько ни пытайся, не зависает.

В чем же принципиальная разница между действием пружины и магнита? Подобный вопрос возник еще в античные времена, когда с помощью магнитов пытались подвесить в храмах железные статуи или, как теперь говорят, получить магнитную левитацию. Критикуя эту затею древних, английский естествоиспытатель Вильям Гильберт в 1600 году писал: «Фракасторо (итальянский ученый эпохи Возрождения, пытавшийся обосновать возможность магнитной левитации) говорит, что кусочек железа повисает в воздухе, так что не может двинуться ни вверх, ни вниз в том случае, когда наверху будет помещен магнит, который в состоянии. тянуть железо вверх на столько же, на сколько последнее наклоняет его вниз: железо как бы укрепляется в воздухе. Это нелепо, так как более близкая магнитная сила является всегда более мощной».

В этом выводе и содержится ответ на наш вопрос. Действительно, всякая сила притяжения, увеличивающаяся при уменьшении расстояния между двумя магнитными телами, в результате неизбежных случайных смещений от положения равновесия приведет либо к падению тела, либо к прилипанию к магниту. Пружина действует иначе: при отклонении предмета от положения равновесия ее упругие силы возвращают предмет обратно. Затронутый вопрос — частный случай весьма обширной проблемы устойчивости свободных магнитных объектов, будь то магнитное удержание плазмы или левитация железнодорожного вагона. Как же она решалась?

Волчок висит в воздухе благодаря магнитному подвесу.

В 1840 году англичанин Ирншоу, как уже сказано, развивая утверждения Гильберта, обосновал принцип неустойчивости неуправляемой магнитной системы. Но ученый тогда не знал о таких материалах, как диамагнетики, которые намагничиваются в направлении, противоположном внешнему полю. Именно с их помощью спустя 100 лет немецкий физик Браунбек осуществил магнитную левитацию и предсказал усиление этого эффекта для сверхпроводников. Прогноз основывался на том, что сплошной сверхпроводник проявляет свойства идеального магнитного зеркала — выталкивает из себя силовые линии магнитного поля (эффект Мейснера — Оксенфельда). Это аналогично тому, что реальный магнит симметрично поверхности сверхпроводника имеет своего двойника — магнит-изображение.

Помимо эффекта Браунбека есть еще один способ, позволяющий осуществить магнитную левитацию. Впервые он был обнаружен теоретически в 1975 году, а затем экспериментально подтвержден И. Колодеевым, М. Крюковым, Г. Караваевым и О. Чебориным. Он состоит в том, что только за счет сближения 2 неизменно ориентированных магнитов сила их притягивания не увеличивается, как это должно быть в соответствии с известными представлениями, а уменьшается! При дальнейшем же сближении вместо притяжения между ними возникает отталкивание! Такое поведение магнитной силы аналогично работе обычной пружины или рессоры. То есть магнитное тело попадает во взвешенное, устойчивое положение — в «яму», из которой не вывалишься! Таким образом, получается, что гвоздь все-таки может зависнуть в воздухе? Может, но при соблюдении определенных условий.

ЗАОЧНАЯ ШКОЛА РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ Микрофонный усилитель без проводов питания

Любителям звукотехники, особенно высококачественной, хорошо известно, что входные цепи усилителей звуковой частоты (УЗЧ) надо тщательно экранировать, а входные сигналы к ним подводить только экранированными проводами, «шнурами», или кабелями. При плохой экранировке громкоговорители или акустические системы (АС) воспроизводят трудноустранимый фон переменного тока, отнюдь не способствующий качественному прослушиванию речи или музыки.

Фон этот обусловлен электромагнитными наводками от проводов сети, которыми фактически «опутана» любая современная квартира. Амплитуда наводки немалая — я прикоснулся ко входу осциллографа рядом с компьютером, на котором пишутся эти строки, и получил сильно искаженную синусоиду с частотой 50 Гц и амплитудой около 20 В!

Представьте, что ваши УЗЧ и АС воспроизводят частоты от 30…40 Гц и имеют чувствительность по входу в милливольты, и дальнейшие пояснения станут излишними.

Радиолюбителям хорошо известен старинный способ проверки УЗЧ вообще без приборов — надо прикоснуться пальцем, пинцетом или отверткой ко входному разъему — раздался в громкоговорителе громкий рев — значит, все в порядке, усилитель «жив».

Особенно важна хорошая экранировка микрофонов, ведь развиваемое ими напряжение звукового сигнала очень мало — единицы, а то и доли милливольта. В то же время микрофон желательно подключать достаточно длинным кабелем, как раз и подвергающимся наводкам.