Імітатор левітації

Стимулювання у школярів пізнавального інтересу до фізики, радіотехніки, формуванню наукової картини світу, можливе через постановку простих, але захоплюючих і наочних фізичних експериментів. Прикладом можуть слугувати пристрої, що імітують левітацію. Вперше, у широкій пресі, про конструкцію «левітаторів» було розказано у книзі Я. Войцеховського «Радіоелектронні іграшки» 1977 року видання. Не мало уваги цій темі було приділено і в інтернеті. Конструкція імітатора левітації, яку я пропоную Вашій увазі, адаптована для самостійного виготовлення початківцями, пояснено пристрій і принцип дії.

На металеве тіло, підвішене вертикально в магнітному полі постійного магніта, діють дві сили: сила тяжіння і сила притягання магніта. Ці сили спрямовані в протилежну сторону і здатні компенсувати одна одну. Теоретично можна знайти таку точку в просторі, в якій сила тяжіння і сила притягання магніта повністю урівноважаться. При цьому тіло буде вільно парити в просторі. Але практично цього досягти неможливо, оскільки точка рівноваги є дуже нестійкою, і будь-яке, навіть найменше, зовнішнє вплив призводить до розбалансування сил. Утримати металеве тіло в точці рівноваги можна, застосувавши систему автоматичного регулювання (САР). Для цього необхідно замінити постійний магніт на електромагніт і, відстежуючи положення тіла оптопарою світлодіод - фотодіод, регулювати силу притягання магніта. Піднялося тіло вище точки рівноваги, електромагніт має послабити свій вплив, опустилося нижче – збільшити вплив.

Електрична схема:

В якості VD2 найкраще використовувати фотоприймач від старої комп'ютерної миші. Електромагніт намотано проводом ПЕЛ 0,5 на циліндричному діелектричному каркасі висотою 40 мм. Всередину каркаса вставлений загострений залізний стержень діаметром 10 мм і довжиною 50 мм. Різностний сигнал між опорним напругою (знімаємим з дільника R3, R4) і сигналом спостереження від оптичного датчика VD2 посилюється мікросхемою DA1.1. Мікросхема DA1.1 через ключ VT1 управляє роботою електромагніта L1.

На задньому плані, на екрані монітора, картинка, що висить, отримана за допомогою веб-камери.

Список радіоелементів