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科学 / 物理 / 11

涡流刹车 实验室

磁铁穿过铜管,谁也没碰到谁,却像掉进蜂蜜——是谁在拽它?

ENGINE / EDDY-ENGINE-1F = K·v
磁铁(实)与自由落体(虚)赛跑13.1×
ENGINE EDDY-ENGINE-1 / LENZ F = K·v · σ(copper) = 1

探索路线

先猜一猜,再动手。

知道磁铁能隔空吸引铁,且“变化的磁场”能生电。

01

铜管 0.6 T、3 mm:看磁铁“飘”下来(≈12 倍减速)。

02

切到塑料管:立刻恢复自由落体。

03

把 B 拉到 1.0 T、管壁 6 mm:减速冲破 70 倍。

第一步 · 先猜一猜

同尺寸铝管(σ=0.61)替换铜管(0.6 T、3 mm),磁铁会?

选一个你现在的预测。

第二步 · 观察当前状态

当前读数

管材copper
相对电导率1.00
收尾速度0.120 m/s
过管用时4.19 s
减速倍数13.1×

发生了什么?

收尾速度 0.120 m/s(自由落体可达 2.5 m/s)。刹车力 ∝ σ·B²·壁厚·速度:把这三个旋钮都拧大,磁铁能慢到像挂在蜂蜜里。

记录观察

第三步 · 接受一个挑战

0 / 3
01铝管慢动作

不用铜管,把减速做到 8× 以上。

提示

铝管 0.6 T、3 mm 刚好 8.04×。

02让磁铁落回去

换上不导电的管子,触发 Free fall 状态。

提示

塑料管:σ=0,涡流为零。

03黄铜逆袭

用黄铜(σ=0.24)也做到 8× 以上减速。

提示

B=1.0 T、壁厚 6 mm:17.5×。

安全与范围网页模拟。真实强磁铁靠近铁器会突然吸附,小心夹手。

你看到的是

磁铁下落时,穿过管壁的磁通量不断变化,铜里立刻感生出环绕的涡流;按楞次定律,涡流产生的磁场永远“反抗变化”,于是给磁铁一个向上的阻力。阻力正比于速度(F = K·v),速度越大刹车越狠,最终磁铁匀速“飘”下来——全程没有一点接触。塑料不导电,涡流为零,磁铁照常自由落体。高铁的涡流制动、电梯缓冲、智能电表刹车都用的同一个招数。

动手试试从铜管切到塑料管:慢动作瞬间变自由落体。再把 B 从 0.2 拖到 1.0,收尾速度掉一个量级。
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