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Aug 09, 2023

Perché non è possibile farlo con un magnete

Rhett Allain There’s a long-circulating meme on the internet that is basically a

Rhett Allain

C'è un meme che circola da tempo su Internet che è fondamentalmente una domanda: funzionerebbe un veicolo a propulsione magnetica? (Eccone una versione pubblicata su Reddit.) È un disegno molto semplice di un camioncino con una spessa piastra metallica attaccata alla parte anteriore. Un braccio della gru si estende dalla parte posteriore del camion sopra la cabina e tiene un potente magnete davanti al veicolo. La teoria qui è che il magnete attirerà la piastra e tirerà avanti il ​​camion, producendo essenzialmente un movimento perpetuo senza bisogno di carburante.

Ecco la mia versione di questo disegno:

OK, probabilmente hai già intuito che non avrebbe funzionato. (Voglio dire, se così fosse, staremmo già andando in giro con le nostre auto magnetiche senza carburante, giusto?) Ma perché no? Ed esiste un modo per farne funzionare uno?

Andiamo al dunque.

Usiamo continuamente le forze per descrivere le interazioni. Quando ti siedi su una sedia, la sedia ti spinge verso l'alto con una certa forza, dovuta all'interazione della forza di contatto tra il sedere e il sedile. Semplicemente stando sulla Terra, c’è una forza che ti tira giù: la gravità. Se metti un magnete vicino a un pezzo di ferro, il magnete attira il metallo. Quella forza è dovuta all'interazione magnetica tra i due.

Una cosa importante da notare è che tutti questi esempi sono interazioni tra due oggetti. Non potresti avere un'interazione tra una persona e una sedia senza la sedia. Questo vale anche per la Terra, l'uomo, il magnete e il metallo.

Diamo un'occhiata all'interazione tra due oggetti generici, A e B. Se l'oggetto A spinge sull'oggetto B, anche l'oggetto B spinge sull'oggetto A con la stessa identica forza ma nella direzione opposta. Spesso ci riferiamo a questa come alla terza legge di Newton: per ogni forza esiste una forza uguale e contraria.

Puoi effettivamente misurare queste forze uguali e opposte. Prendiamo due carri su un binario a basso attrito. Entrambi i carrelli sono dotati di sensori di forza montati sulla parte superiore e i due sensori sono collegati tra loro tramite un elastico.

Lauren Goode

Lauren Goode

Giuliano Chokkattu

Will Cavaliere

Cosa succede quando li separo? Il carrello di destra tira il carrello di sinistra. Il carro di sinistra tira indietro con la stessa forza, ma nella direzione opposta. (In realtà in questo caso c'è anche l'elastico, ma visto che ha una massa così piccola possiamo semplicemente far finta che si tratti di una forza fondamentale, come la gravità o una forza magnetica.)

Ecco cosa leggono i due sensori di forza durante questa interazione:

Grazie alla terza legge di Newton, i due sensori misurano la forza praticamente della stessa intensità.

C'è un'altra regola di forza che dobbiamo considerare per il nostro ipotetico veicolo a magnete. È la seconda legge di Newton, che dice che una forza complessiva su un oggetto ne modifica la velocità. Potresti aver visto questa legge espressa come la seguente equazione:

Lauren Goode

Lauren Goode

Giuliano Chokkattu

Will Cavaliere

In questa equazione unidimensionale, la forza totale, o forza netta, è uguale al prodotto della massa di un oggetto e della sua accelerazione. (Esiste anche una versione vettoriale di questa, ma non preoccuparti.)

L'accelerazione ti dice quanto velocemente cambia la velocità dell'oggetto. Ma se la forza risultante su un oggetto è zero, anche l'accelerazione deve essere zero. Se un oggetto fosse fermo con accelerazione zero, dovrebbe rimanere fermo. Questo è importante anche per il nostro camion a propulsione magnetica.

Naturalmente, il primo passo per verificare se questa idea funzionerebbe è semplicemente provare un modello del mondo reale. È piuttosto semplice. Non ho bisogno di una versione a grandezza naturale; Posso semplicemente usare i miei carrelli a basso attrito con un tipo di gru magnetica come controfigura. Ecco cosa ho costruito:

Lauren Goode

Lauren Goode

Giuliano Chokkattu

Will Cavaliere

A sinistra puoi vedere un grande magnete al neodimio attaccato a una gru basata sui Lego, collegata al carrello con nastro adesivo. Nel caso in cui non hai mai usato queste cose prima, sono abbastanza potenti. C'è una sbarra di ferro di buone dimensioni attaccata al carro stesso. C'è davvero una forza di attrazione tra il magnete e il ferro: è più che abbastanza forte da pizzicarti un dito se non stai attento.