Lewitacja bez tajemnicLewitacja bez tajemnic Ł ukasz Rudnicki Centrum Fizyki Teoretycznej PAN vs...

Lewitacja bez tajemnicLewitacja bez tajemnic

ŁŁukasz Rudnickiukasz RudnickiCentrum Fizyki Teoretycznej PANCentrum Fizyki Teoretycznej PAN

vs

LewitacjaLewitacja (def. Encyklopedia PWN)(def. Encyklopedia PWN)

•• lewitacja lewitacja [[łłac. ac. levitaslevitas „„lekkolekkośćść”” < < levislevis„„lekkilekki””], w okultyzmie zjawisko polegaj], w okultyzmie zjawisko polegająące ce na unoszeniu sina unoszeniu sięę w powietrzu rzeczy i ludzi w powietrzu rzeczy i ludzi wbrew prawom ciwbrew prawom ciążążenia; interpretowana enia; interpretowana przez okultystprzez okultystóów jako doww jako dowóód na istnienie d na istnienie w naturze tajemnych mocy, ktw naturze tajemnych mocy, któórych rych poznaniem sipoznaniem sięę zajmujzajmująą. .

Inne definicje (Internet)Inne definicje (Internet)

•• Jest to zjawisko polegajJest to zjawisko polegająące na unoszeniu sice na unoszeniu sięęistoty istoty żżywej lub przedmiotu w powietrzu bez ywej lub przedmiotu w powietrzu bez pomocy pomocy żżadnych adnych śśrodkrodkóów fizycznych.w fizycznych.

•• Lewitacja to stan, w ktLewitacja to stan, w któórym rym ciaciałłoo pozostaje w pozostaje w spoczynku jednoczespoczynku jednocześśnie nie majnie nie mająąc kontaktu c kontaktu fizycznego z fizycznego z żżadnym innym ciaadnym innym ciałłem. Jest to em. Jest to momożżliwe dziliwe dzięęki zrki zróównowawnoważżeniu eniu sisiłłyy ciciężężkokośściciprzez jakprzez jakąśąś inninnąą sisiłęłę. .

MoMożżna by powiedziena by powiedziećć, , żże e LEWITUJLEWITUJĄĄC:C:

1.1. CiaCiałło fizyczne unosi sio fizyczne unosi sięę w powietrzu w powietrzu (stabilnie, czyli w spoczynku)(stabilnie, czyli w spoczynku)

2.2. UnoszUnosząąc sic sięę powoduje wrapowoduje wrażżenie, ienie, iżż „„nie nie dziadziałłaa”” grawitacjagrawitacja

3.3. Nie ma (nie widaNie ma (nie widaćć) fizycznej przyczyny ) fizycznej przyczyny jego unoszenia sijego unoszenia sięę

Potencjalne sposoby uzyskania Potencjalne sposoby uzyskania efektu LEWITACJIefektu LEWITACJI

1.1. Sztuczki iluzjonistSztuczki iluzjonistóóww

2.2. Efekty wynikajEfekty wynikająące z praw fizykice z praw fizyki

3.3. Antygrawitacja (?)Antygrawitacja (?)

Sztuka iluzji Sztuka iluzji -- „„niewidzialne niciniewidzialne nici””

•• Ludzki wLudzki włłos o gruboos o grubośści: 0,05 mm ci: 0,05 mm niewidzialny z kilku metrniewidzialny z kilku metróów, potrafi w, potrafi utrzymautrzymaćć mamałły, papierowy przedmiot.y, papierowy przedmiot.

•• Linka o gruboLinka o grubośści kilku mm zakoci kilku mm zakońńczona czona pasem wytrzyma obcipasem wytrzyma obciążążenie 100 kg enie 100 kg (utrzyma cz(utrzyma człłowieka). Moowieka). Możże stae staćć sisięęniewidoczna dziniewidoczna dzięęki manipulacji ki manipulacji śświatwiatłłem, em, kolorami i dymem. kolorami i dymem.

Wykorzystanie praw FIZYKIWykorzystanie praw FIZYKI

•• PrzykPrzykłłady lewitacji zgodnej z prawami ady lewitacji zgodnej z prawami fizyki (opisanej tymi prawami):fizyki (opisanej tymi prawami):

1.1. Lewitacja oparta na ciLewitacja oparta na ciśśnieniunieniu

2.2. Lewitacja akustycznaLewitacja akustyczna

3.3. Lewitacja optycznaLewitacja optyczna

4.4. Lewitacja magnetycznaLewitacja magnetyczna

LEWITACJA oparta na ciLEWITACJA oparta na ciśśnieniunieniu

•• Przedmiot unosi siPrzedmiot unosi sięę na strumieniu na strumieniu powietrza (im silniejszy strumiepowietrza (im silniejszy strumieńń, tym , tym wiwięększy przedmiot mokszy przedmiot możżna uniena unieśćść).).

PoduszkowiecPoduszkowiec

•• Wydmuchuje do doWydmuchuje do dołłu zasysane z otoczenia u zasysane z otoczenia powietrze tworzpowietrze tworząąc podcic podciśśnienie na gnienie na góórze i rze i poduszkpoduszkęę powietrznpowietrznąą na dolena dole

LEWITACJA akustycznaLEWITACJA akustyczna

•• Fala dFala dźźwiwięękowa jest falkowa jest faląą podpodłłuużżnnąą

•• UstawiajUstawiająąc nad sobc nad sobąą nadajnik i reflektornadajnik i reflektor

otrzymujemy dziotrzymujemy dzięękiki

interferencji (zinterferencji (złłoożżeniu)eniu)

falfalęę stojstojąąccąą zzłłoożżononąą z:z:

-- wierzchowierzchołłkkóów (w (nodenode))

ciciśśnienie minimalnenienie minimalne

-- strzastrzałłek (ek (antinodeantinode))

ciciśśnienie maksymalnenienie maksymalne

RRóóżżnica cinica ciśśnienieńń sprawia, sprawia, żże obiekt lewituje e obiekt lewituje w wierzchow wierzchołłku fali!ku fali!

PrzykPrzykłłady:ady:

lewitujlewitująącaca

kroplakropla

krwikrwi

LewitujLewitująącaca

pipiłłeczkaeczka lewitujlewitująącece

rybkirybki

LEWITACJA optycznaLEWITACJA optyczna

•• Fotony niosFotony niosąą energienergięę i pi pęęd!d!

•• ŚŚwiecwiecąąc laserem na lewitowany obiekt c laserem na lewitowany obiekt powodujemy powodujemy żże:e:

–– W wyniku zderzeW wyniku zderzeńń fotonfotonóów z obiektem w z obiektem nastnastęępuje przekaz ppuje przekaz pęędu i energiidu i energii

–– W efekcie pojawia siW efekcie pojawia sięę wypadkowa siwypadkowa siłła a dziadziałłajająąca na obiekt, skierowana zgodnie z ca na obiekt, skierowana zgodnie z kierunkiem kierunkiem śświecwiecąącego laseracego lasera

Optyczna lewitacja kulkiOptyczna lewitacja kulki

•• Kulka szklana (gKulka szklana (gęęstostośćść ρρ=2500 kg/m=2500 kg/m³³) o ) o promieniu R=10 promieniu R=10 µµm = 10m = 10--55 m m

•• RRóównowaga siwnowaga siłł::

P P –– moc laseramoc lasera

gg≈≈10 m/s10 m/s²² –– przyspieszenie ziemskieprzyspieszenie ziemskie

cc≈≈33··101088 m/s m/s –– prpręędkodkośćść śświatwiatłłaa

Otrzymujemy moc lasera P Otrzymujemy moc lasera P ≈≈0,03 W0,03 W

•• Realne doRealne dośświadczenie (natura nie wiadczenie (natura nie stosuje uproszczonych modeli, lecz stosuje uproszczonych modeli, lecz bierze pod uwagbierze pod uwagęę cacałąłą gamgamęę zzłłoożżonych onych zjawisk) dla opisanej szklanej kulki dazjawisk) dla opisanej szklanej kulki dałło o sisięę wykonawykonaćć

przy mocy laseraprzy mocy lasera

rróównej wnej 0,25 W0,25 W!!

LEWITACJA magnetycznaLEWITACJA magnetyczna

•• Twierdzenie Twierdzenie Earnschaw’a:

w pustej przestrzeni nie istnieje żadna statyczna (czyli nie zmieniająca się w czasie) konfiguracja pól elektrycznych, magnetycznych i grawitacyjnych, dla

której energia potencjalna posiadała by lokalne minimum.

•• Dwa magnesy (jeden nad drugim ) Dwa magnesy (jeden nad drugim ) ustawione do siebie tymi samymi ustawione do siebie tymi samymi biegunami bbiegunami bęęddąą sisięę odpychaodpychaćć –– ggóórny rny magnes mmagnes móóggłłbyby lewitowalewitowaćć, lecz zgodnie z , lecz zgodnie z tw. Earnschawtw. Earnschaw’’a nie jest to stan a nie jest to stan rróównowagi trwawnowagi trwałłej. ej.

•• GGóórny magnes rny magnes

prawie natychmiast prawie natychmiast

spadnie na podspadnie na podłłoożżee

Potrzebny jest dynamiczny proces Potrzebny jest dynamiczny proces stabilizujstabilizująący lewitacjcy lewitacjęę magnetycznmagnetycznąą!!

Stabilizacja ruchem obrotowymStabilizacja ruchem obrotowym

•• LEWITRONLEWITRON czyli czyli zabawkazabawka wynaleziona w wynaleziona w USAUSA przez przez RoyRoy’’a Harrigana Harrigana. a.

•• OprOpróócz ruchu obrotowego cz ruchu obrotowego „„bbąączkaczka””pojawia sipojawia sięę precesja osi obrotu. W wyniku precesja osi obrotu. W wyniku precesji uprecesji uśśredniona po czasie siredniona po czasie siłła a magnetyczna rmagnetyczna róównowawnoważży ciy ciążążenieenie

•• Badany ukBadany ukłład jest ad jest

dynamiczny, widynamiczny, więęcc

nie stosuje sinie stosuje sięę

tw. Earnschawtw. Earnschaw’’a.a.

Efekt MeissneraEfekt Meissnera

•• Dla bardzo niskich temperatur (poniDla bardzo niskich temperatur (poniżżej Tej Tcc) ) ppóółłprzewodnik staje siprzewodnik staje sięę nadprzewodnikiemnadprzewodnikiem

•• Pole magnetyczne jestPole magnetyczne jest

wypychane na zewnwypychane na zewnąątrztrz

nadprzewodnika. nadprzewodnika.

•• Pojawia siPojawia sięę sisiłłaa

umoumożżliwiajliwiająąca ca lewitacjlewitacjęę

nad magnesemnad magnesem

MagMag--LevLev

•• Kolejka magnetyczna oparta o lewitacjKolejka magnetyczna oparta o lewitacjęę

TrasTrasęę ddłługougośści 30 kmci 30 km

pokonuje w czasiepokonuje w czasie

7 minut i 20 sekund7 minut i 20 sekund

rozwijajrozwijająąc prc pręędkodkośćść

maksymalnmaksymalnąą

431 km/h431 km/h

Antygrawitacja (czy jest moAntygrawitacja (czy jest możżliwa?)liwa?)

•• W elektrostatyce W elektrostatyce łładunki majadunki mająą

dwa znaki (dwa znaki (++ i i ̶̶ ), wi), więęc dzic dzięęki sileki sile

znanej z prawa Coulomba:znanej z prawa Coulomba:

mogmogąą sisięę albo przycialbo przyciąągagaćć, albo odpycha, albo odpychaćć

•• W teorii grawitacji Newtona rolW teorii grawitacji Newtona rolęę łładunkadunkóów w pepełłniniąą masy, a simasy, a siłła dana jest wzorem:a dana jest wzorem:

•• PoniewaPonieważż M>0 i m>0 to siM>0 i m>0 to siłła jest zawsze a jest zawsze przyciprzyciąągajgająąca! ca!

•• W teorii grawitacji Einsteina rolW teorii grawitacji Einsteina rolęę masy masy odgrywa caodgrywa całłkowita energia, ktkowita energia, któóra rra róówniewnieżżjest dodatnia.jest dodatnia.

NIE MA ODDZIANIE MA ODDZIAŁŁYWANIA YWANIA ODPYCHAJODPYCHAJĄĄCEGO!CEGO!

Szersze spojrzenieSzersze spojrzenie

1.1. Hipotetyczna forma materii o ujemnym Hipotetyczna forma materii o ujemnym ciciśśnieniu (dotychczas nie odkryta)nieniu (dotychczas nie odkryta)

2.2. SiSiłły y „„niegrawitacyjneniegrawitacyjne””

przeciwdziaprzeciwdziałłajająące cice ciążążeniu eniu

(inne ni(inne niżż oparte o sioparte o siłęłę

odrzutu i spalanie paliwa odrzutu i spalanie paliwa

wodorowego i jwodorowego i jąądrowego)drowego)

DZIDZIĘĘKUJKUJĘĘ•• Mail: Mail: rudnicki@cft.edu.plrudnicki@cft.edu.pl

ŹŹrróóddłła:a:

1. Susan Y. Wrbanek and Kenneth E. Weiland, Optical Levitation of Micro-Scale Particles in Air, NASA/TM—2004-212889

2. Stanisław Bednarek, Poznajemy fizyczne podstawy lewitacji

3. Krzysztof Byczuk, LewitronTM – prosta zabawka fizyczna o wyrafinowanej teorii działania, część I

4. http://pl.wikipedia.org/