Climbing Magnets

Thema

In unserem Experiment, welches von dem diesjährigen GYPT gestellt wurde, geht es um ein besonderes physikalisches Phänomen wobei scheinbar wie durch Magie eine Magnetstange anfängt nach oben zu schweben, was genau dahinter steckt klären wir in diesem Artikel auf.

Die konkrete Aufgabe des GYPT für das Projekt 04 Climbing Magnets lautet wie folgt:

Attach a rod assembled from cylindrical neodymium magnets horizontally to a vertical ferromagnetic rod. Limit the motion of the magnets to the vertical direction. When the ferromagnetic rod is spun around its axis of symmetry, the magnetic rod begins to climb up. Explain this phenomenon and investigate how the rate of climbing depends on relevant parameters.

Deutsche Übersetzung: Befestige eine Stange, die aus zylindrischen Neodym-Magneten zusammengesetzt ist, waagrecht an einer senkrechten ferromagnetischen Stange. Begrenze die Bewegung der Magnete auf die vertikale Richtung. Wenn die ferromagnetische Stange um ihre Symmetrieachse gedreht wird, beginnt die magnetische Stange aufzusteigen. Erkläre dieses Phänomen und untersuche, wie die Aufstiegsgeschwindigkeit von den relevanten Parametern abhängt.

Untersuchte Parameter:

Fr=Reibung

Rd=Drehgeschwindigket der angetriebenen Stange

m=Masse

Theorie

Im Verlauf unseres Projekts wurde deutlich, dass die Aufwärtsbewegung der Magnetstange nicht durch eine einzige Ursache erklärt werden kann. Bei diesem Experiment ist das Zusammenspiel zwischen Reibung, Gewichtskraft, Rotation und aus dem daraus entstandenem Drehmoment.

Aufbau

Unser Versuchsaufbau besteht grundsätzlich aus einer vertikal ausgerichteten ferromagnetischen Stange die fest mit einem Labormotor verbunden ist und von diesem angetrieben werden kann, wobei der Labormotor über Tischklemmen an einem Tisch befestigt ist. Die ferromagnetische Stange wird außerdem an ihrem oberen Ende, durch eine zusätzlich am Tisch befestigte Stange, stabilisiert. An der ferromagnetischen Stange befindet sich senkrecht eine aus Neodym-Dauermagneten bestehende Magnetstange (dann horizontal ausgerichtet), welche durch eine nicht-ferromagnetische Messleiste (welche parallel zu der ferromagnetischen Stange aufgestellt wird) in ihrer horizontalen Rotation um die ferromagnetische blockiert wird.

Um die ausgewählten Parameter zu untersuchen haben wir mehrere Neodymmagnetenstangen verwendet, die sich in ihrem Durchmesser und ihrer Länge unterschieden haben.

Um die Reibungskraft der Magnetstangen zu messen haben wir mithilfe eines Kraftmesser die Magnetstange an der ferromagnetischen Stange gleichmäßig per Hand entlang gedrückt.

Force sensor=Kraftmesser

Um die tatsächlich wirkende Reibungskraft zu messen haben wir einen Kraftmesser über eine Schnur mit der Magnetstange verbunden und die ferromagnetische Stange gedreht.

Das Drehmoment in Richtung △X wurde mithilfe eines Geodreiecks, der Magnetstange, einer Schnur die per Hand bewegt bzw. gezogen wurde und mit der Magnetstange verbunden war und einem Bildschrim im Hintergrund der die Kraft anzeigte, ermittelt.

Daten

Simulierte Kraft zur Neutralposition

Hier kommen keine Rohdaten sondern möglichst gut ausgewertete Daten rein - Graphen, Ausgleichskurven, etc. mit Fehlerbetrachtung!

Fazit

Eine kurze Zusammenfassung eurer Erkenntnisse.

Erfolge

Teilnahme an GYPT Bundesrunde.

Quellen

Eure wichtigsten verwendeten Quellen mit Verweisen im Text!