Видео снято для задачи турнира юных физиков 2015 года "Магнитный маятник" командой "СШ №1 г.п.Смиловичи" (Беларусь).
Условие задачи: "Сделайте лёгкий маятник с маленьким магнитом на свободном конце. Близко расположенный электромагнит, подсоединённый к источнику переменного тока, частота которого гораздо больше собственной частоты маятника, может вызвать незатухающие колебания с различными амплитудами. Изучите и объясните данное явление".
Примечание: Электромагнит находится внизу, но плохо заметен из-за штатива. Частота тока в электромагните 50 Гц.
Данная конструкция называется маятником Дубошинского, который представляет собой механический маятник, совершающий незатухающие квази-собственные колебания за счёт взаимодействия с высокочастотным переменным магнитным полем.
Маятник состоит из двух взаимодействующих частей:
механического маятника с собственной низкой частотой, с маленьким постоянным магнитом, прикрепленным к его нижнему концу, и неподвижного электромагнита (соленоида), находящегося под точкой равновесия траектории маятника и питаемого переменным током с частотой от десятков до тысяч герц.
После запуска маятника, легко наблюдать следующее его поведение.
1. Если отпускать маятник из любого положения, то движение маятника придёт к устойчивым, почти
периодическим колебаниям, чьи амплитуды будут принадлежать к дискретному ряду возможных устойчивых значений. В этом смысле энергия системы становится квантованной.
2. В каждом из устойчивых режимов, потери энергии маятника на трение за определённый период колебаний компенсируются саморегулирующимся способом путём передачи маятнику энергии полем соленоида, таким образом, поддерживая колебания маятника в квази-устойчивом режиме близком к его собственной частоте колебаний.
3. Движение маятника в данном режиме никогда не будет строго периодическим, но будет постоянно изменятся по фазе, частоте и амплитуде около определённых стационарных средних значений. Эта флуктационная "игра" существенна для механизма устойчивости квантованных колебательных режимов.
Если длина маятника небольшая: 10-15 см, то возможно и вращательное движение:
|