Magnetic levitation in the field of a rotating dipole
Lévitation magnétique dans le champ d'un dipôle tournant
Résumé
It is well known that two permanent magnets of fixed orientation will either always repel or attract one another regardless of the distance between them. However, if one magnet is rotated at sufficient speed, a stable position at a given equilibrium distance can exist for a second free magnet. The equilibrium is produced by magnetic forces alone, which are strong enough to maintain a levitating state under gravity. We show that a stable levitation can be obtained when the rotating magnet is tilted from the rotation axis, with no offset in its position. In this regime, the levitating magnet remains centered and its spinning rate remains negligible, while its magnetic moment precesses in synchronization with the driving magnet. We provide a physical explanation of the levitation through a model relying on static dipolar interactions between the two magnets and present experimental results which validate the proposed theory.
Il est bien connu que deux aimants permanents d'orientation fixe se repoussent ou s'attirent toujours, quelle que soit la distance qui les sépare. Toutefois, si l'un des aimants tourne à une vitesse suffisante, un second aimant peut occuper une position stable à une distance d'équilibre donnée du premier. L'équilibre est le résultat des seules forces magnétiques, qui sont suffisamment fortes pour maintenir un état de lévitation sous l'effet de la gravité. Nous montrons qu'une lévitation stable peut être obtenue lorsque l'aimant tournant est incliné par rapport à l'axe de rotation, sans décalage dans sa position. Dans ce régime, l'aimant en lévitation reste centré et sa vitesse de rotation reste négligeable, tandis que son moment magnétique précesse de manière synchrone avec l'aimant tournant. Nous fournissons une explication physique de la lévitation grâce à un modèle reposant sur les interactions dipolaires statiques entre les deux aimants et présentons des résultats expérimentaux qui valident la théorie proposée.
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