Что такое левитация?

Левитация - явление, при котором тело без видимой опоры "висит" над поверхностью - левитирует. Случаи левитации можно условно разделить на три группы.

1. иллюзия;
2. фотомонтаж (видеомонтаж);
3. "физическая левитация".

В первом случае имеет место обыкновенный фокус. Тело на самом деле не висит над поверхностью, а опирается на опору (как ему и положено). Только благодаря "ловкости рук" фокусника заметить эту опору очень трудно или практически невозможно. В качестве примера приведем оригинальный фонтан в форме крана. Не трудно догадаться, что труба-стояк находится внутри струи воды, которая вытекает из крана. Тем не менее, вид "парящего в воздухе" крана вызывает неподдельный восторг у многих зрителей.

Простой способ, как создать иллюзию левитации, не отрываясь от земли, вы можете увидеть из схемы:

Далеко не во всех случаях техника создания иллюзий столь очевидна, тем более, что большинство фокусников не спешат делиться своими профессиональными секретами с широкой публикой. Способы монтажа изображений очень многообразны, и мы их рассматривать не будем. Скажем только, что в некоторых случаях в монтаже нет надобности: например, кадры, снятые во время прыжка или падения вполне можно выдать за левитацию.

Разумеется, нас больше всего интересует третий случай, когда левитация вызвана действием физических сил. В данном случае опору, которая поддерживает "левитирующий" объект, никто не прячет от зрителя, однако она невидима. Природа этой "опоры" может быть самой разнообразной. Например, теннисный мячик или воздушный шарик могут висеть в потоке воздуха, который выбрасывается из трубы пылесоса: давление потока воздуха компенсирует силу тяжести (в данном случае важно, чтобы поток был строго вертикален, а мячик находился по центру). В большой и достаточно мощной аэродинамической трубе может "левитировать" человек - подобно мячику над пылесосом - причем это уже давно перестало быть экзотикой.

Кусочек сверхпроводника может левитировать над обычным магнитом. Дело в том, что сверхпроводники являются диамагнетиками, поэтому они выталкиваются из магнитного поля [1]. Но стоит сверхпроводнику нагреться выше температуры перехода, как сверхпроводимость исчезает и кусочек падает (большинство сверхпроводников проявляют свои свойства при довольно низких температурах - температурах жидкого гелия или жидкого азота). Опыт получил специфическое название: "Магометов гроб" (по преданию гроб пророка Магомета висел без какой-либо опоры в пространстве).

_____________________________
¹ В отличие от "обычных" диамагнетиков (о которых речь пойдет чуть ниже), сверхпроводники являются идеальными диамагнетиками ("супердиамагнетиками" с эффективной магнитной проницаемостью -1). Можно условно сказать, что сверхпроводники не пропускают магнитное поле в свою массу.

В обычных диамагнетиках магнитные моменты атомов ориентируются против направления внешнего магнитного поля. Благодаря этому диамагнетики ослабляют магнитное поле и выталкиваются из него.

В сверхпроводниках природа диамагнетизма абсолютно иная: она создается токами, протекающими без затухания в поверхностном слое материала (эффект Мейснера). В достаточно слабом внешнем поле результирующий поток магнитного поля внутри сверхпроводника равен практически нулю. Напротив, снаружи сверхпроводника магнитный поток возрастает - поле "выталкивается" из материала. Сила, возникающая при взаимодействии внешнего поля и поля индуцированного тока, выталкивает сверхпроводник в область с меньшим магнитным потоком.

Однако совсем не обязательно обладать жидким азотом (а тем более - жидким гелием), чтобы продемонстрировать левитацию тел в магнитном поле. Дело в том, что диамагнитными свойствами (т.е. способностью намагничиваться против направления магнитного поля) обладает много веществ:

азот, водород, медь, бериллий, цинк, серебро, золото, ртуть, висмут, германий, кремний, вода (жидкая), поваренная соль, ацетон, глицерин, нафталин, пиролитический графит и другие.

Среди металлов наиболее сильными диамагнитными свойствами обладает висмут. Мощный магнит из сплавов, содержащих редкоземельные металлы (с индукцией около 1 Тл) вполне может висеть между двумя блоками из висмута [2].

________________________________________
² Возможен и обратный вариант (левитация висмута между двумя магнитами), однако достать небольшой, но мощный магнит и два блока из висмута проще, чем два больших магнита из сплавов редкоземельных металлов и небольшой кусочек висмута.

Обратите также внимание, что в список диамагнитных веществ входит вода. Это означает не только, что капелька воды способна левитировать благодаря мощному магниту. Вспомните, что живые организмы состоят в основном из воды - благодаря этому они также обладают диамагнитными свойствами. С помощью магнита можно заставить левитировать ягоды, насекомых и даже небольших животных, например, лягушку или мышь. К сожалению, магнит должен быть довольно мощным (в упомянутом случае с лягушкой около - 16 Тл).

Есть и другой способ достичь "магнитной левитации", например небольшой магнит может "левитировать" между пальцами руки, если все это поместить в сильное магнитное поле (диамагнитная стабилизация левитации).

Левитация в магнитном поле используется не только для экзотических опытов: уже давно возникла идея поезда на магнитной подушке, он же - маглев (от англ. magnetic levitation - "магнитная левитация"). В отличие от обычных поездов "магнитные" поезда не касаются поверхности рельса, что исключает трение и резко увеличивает скорость. Единственная сила, которая тормозит движение - аэродинамическое сопротивление, поэтому скорость поезда на магнитной подушке может быть сопоставима со скоростью самолета. Несмотря на простоту идеи, перед разработчиками магнитных поездов возникло много технических, а также социальных проблем. Строительство путей для поездов на магнитной подушке обходится исключительно дорого. "Модернизация" традиционных железнодорожных линий под поезда на магнитной подушке пока невозможна. Как и все новое, "магнитные поезда" встречают ожесточенное сопротивление части общества, которая считает, что маглев - напрасная (и небезопасная) трата денег.

После нескольких не совсем удачных попыток построить и эксплуатировать маглев, предпринятых в разных странах, в Китае вошла в строй коммерческая железнодорожная линия на магнитной подушке, которая соединяет аэропорт Пудун и Шанхай.

Левитацию можно вызвать с помощью мощного акустического поля (звука). Естественно, предмет должен быть небольшой.

В случае левитации, вызванной силой Архимеда, ограничение размера снимается. Например, если капля жидкости попадает в другую жидкость с такой же плотностью, то капля зависнет, как в невесомости (разумеется, две жидкости не должны смешиваться). При этом капля может быть столь угодно большой. Упомянутый эксперимент уже был описан в журнале (Солнечная система в банке (сотворение мира за семь минут) - ссылка).

Тело человека немного легче воды, однако, с помощью грузиков можно сделать так, что эти плотности сравняются: в результате человек будет находиться под водой в состоянии невесомости (подобно капле в описанном опыте). Этот метод используют для тренировки космонавтов.

Сила Архимеда может также заставить левитировать мыльные пузыри: если мыльный пузырь с воздухом попадает в большой сосуд, заполненный более тяжелым газом, он всплывает и начинает плавать по границе раздела газов. Однако, мы немного забежали вперед: экспериментам по левитации мыльных пузырей посвящена следующая часть статьи.

<Левитация мыльных пузырей ч.2>
<Левитация> [Отправить сообщение об ошибке]