2021 年，土耳其科学家 Hamdi Ucar 发现了一种新颖的磁悬浮形式，即快速旋转的磁铁使附近的磁铁悬浮。 Rasmus Bjørk 教授和他的团队复制并研究了这种违背经典物理学的现象。他
2021 年，土耳其科学家 Hamdi Ucar 发现了一种新颖的磁悬浮形式，即快速旋转的磁铁使附近的磁铁悬浮。 Rasmus Bjørk 教授和他的团队复制并研究了这种违背经典物理学的现象。他们发现悬浮磁铁与旋转磁铁对齐，形成类似于旋转陀螺的平衡。图片来源：SciTechDaily.com
丹麦技术大学 (DTU) 的科学家证实了新发现的磁悬浮现象的基本物理原理。2021 年，一位来自土耳其的科学家发表了一篇研究论文，详细介绍了一项实验，其中将磁铁固定在电机上，使其快速旋转。当这个装置靠近第二块磁铁时，第二块磁铁开始旋转并突然悬停在几厘米外的固定位置。
虽然磁悬浮并不是什么新鲜事——最著名的例子可能是依靠强磁力来升力和推进的磁悬浮列车——但这个实验让物理学家感到困惑，因为这种现象并没有被经典物理学所描述，或者至少没有被任何物理学所描述。磁悬浮的已知机制。
使用 Dremel 工具以 266 Hz 旋转磁铁来演示磁悬浮。转子磁铁尺寸为 7x7x7 mm3，浮子磁铁尺寸为 6x6x6 mm3。该视频展示了研究中描述的物理学。图片来源：DTU。
然而现在就是这样。 DTU Energy 教授 Rasmus Bjørk 对 Ucar 的实验很感兴趣，并开始与硕士生 Joachim M. Hermansen 一起复制该实验，同时弄清楚究竟发生了什么。复制很容易，可以通过使用现成的组件来完成，但它的物理原理很奇怪，Rasmus Bjørk 说：
“当磁铁靠得很近时，它们不应该悬停。通常，它们会相互吸引或排斥。但事实证明，如果你旋转其中一个磁铁，你就可以实现这种悬停。这就是奇怪的部分。影响磁铁的力不应仅仅因为旋转其中一个磁铁而改变，因此运动和磁力之间似乎存在耦合，”他说。
研究结果最近发表在《应用物理评论》杂志上。
几个实验来证实物理原理
实验涉及多个不同尺寸的磁体，但原理保持不变：通过快速旋转磁体，研究人员观察到靠近的另一个磁体（称为“浮动磁体”）如何开始以相同的速度旋转，同时快速锁定到磁体中。它保持悬停的位置。
他们发现，当浮动磁铁锁定到位时，它的方向靠近旋转轴并朝向转子磁铁的同极。因此，例如，浮动磁铁的北极在旋转时始终指向固定磁铁的北极。
这与基于静磁定律的预期不同，静磁定律解释了静磁系统如何发挥作用。然而，事实证明，旋转磁体之间的静磁相互作用正是造成浮子平衡位置的原因，合著者、博士生 Frederik L. Durhuus 通过模拟这种现象发现了这一点。他们观察到磁体尺寸对悬浮动力学的显着影响：较小的磁体由于惯性较大且漂浮得越高，因此需要更高的旋转速度才能悬浮。
“事实证明，漂浮磁铁想要与旋转磁铁对齐，但它旋转速度不够快，无法做到这一点。只要保持这种耦合，它就会悬停或悬浮，”Rasmus Bjørk 说道，并继续说道：
“你可以将它比作一个旋转的陀螺。除非它旋转，否则它不会站立，但会通过旋转锁定到位。只有当旋转失去能量时，重力（或者在我们的例子中是磁铁的推力和拉力）才会变得足够大以克服平衡。”
参考文献：“旋转磁悬浮”，作者：Joachim Marco Hermansen、Frederik Laust Durhuus、Cathrine Frandsen、Marco Beleggia、Christian R.H. Bahl 和 Rasmus Bjørk，2023 年 10 月 13 日，《应用物理评论》。
DOI：10.1103/PhysRevApplied.20.044036