Эксперименты с магнитной стрелкой

[amakarov]

Продолжение темы "Парадокс стрелки компаса "
Поскольку времени прошло много, тема изрядно засорилась, а постановка вопроса изменилась и расширилась решил создать отдельную тему.
Началось с того, что у меня был набор неодимовых магнитов.
Я решил соорудить из него стрелку, сцепив три магнита вместе.
Подумал, что поскольку стрелка большая, тяжелая и обладает крайне высокой намагниченностью, то следует ожидать,
что она хотя бы частично будет отклоняться и в вертикальной плоскости тоже.
И вот что получилось:
https://youtu.be/8n3O5Ozw0ng

Может ли кто-нибудь объяснить? У меня идей ноль

[Змей Петров]

А что именно объяснять?
Возьмите крупный редкоземельный магнит, и стрелка не только покажет в нужную сторону в трёх измерениях, но и компас вам сам в руки прыгнет.
Только осторожно - пальцы не прищемите

[Shandrik]

А что именно объяснять?
Возьмите крупный редкоземельный магнит, и стрелка не только покажет в нужную сторону в трёх измерениях, но и компас вам сам в руки прыгнет.
Только осторожно - пальцы не прищемите

Я тут уже как-то рассказывал историю про то, как, видимо, свёл с ума преподавательницу физики в НИИГАиКе.
На пятом году обучения возились мы с сокурсником в подвальной институтской лаборатории с установкой по изменению эффекта Холла в полупроводниках. Установка содержала электромагнит, дающий 2 теслы и больше. Нам надо было выяснить, какой из полюсов магнита северный, а какой - южный. Мы пытались это определить, используя силу Ампера, но запутались откуда ток течёт. Я подал отличную мысль - принести из кабинета физики постоянный магнит и им посмотреть, к какому полюсу он каким концом он притянется. Вооот... Притягивался он к обоим полюсам. В результате экспериментов магнит оказался перемагничен - красный конец стал северным. Мы продолжили эксперименты с определение полярности, а магнит я вернул на место...
Надеюсь, Софью Васильевну - добрейшей души человека - не постигла судьба несчастного географа из "Золотого телёнка"...

[Змей Петров]

Мы продолжили эксперименты с определение полярности, а магнит я вернул на место...

Наша, светлой памяти, Учительница Физики Людмила Робертовна швыряла в девок этими школьными магнитами, когда те по приколу сталкивали магниты одинаковыми полюсами - прикольно же, как они скользят.
Я Людмилу Робертовну понимаю.

[Shandrik]

Мы продолжили эксперименты с определение полярности, а магнит я вернул на место...

Наша, светлой памяти, Учительница Физики Людмила Робертовна швыряла в девок этими школьными магнитами, когда те по приколу сталкивали магниты одинаковыми полюсами - прикольно же, как они скользят.
Я Людмилу Робертовну понимаю.

Супруга моя рассказывала, что в их зооинституте какой-то препод костями по головам непутёвых девок стукал. 

[Змей Петров]

А я вот с редкоземельными сравнительно недавно вплотную познакомился.

Была у нас красивенная декоративная бабочка со стразами на крылушках, на подставке.
Но тут пришла внучка. Ручонки-то шаловливые. Сломать крылышки/оторвать стразы не получилось, ибо стальные оказались. Но подставку оторвала на пять минут.
Ну, думаю... не пропадать же бабочке. Взял кусочек редкоземельного магнита от старого HDD и приклеил очень-супер-клеем вместо основания. Мол - бут теперь крутой магнитик на холодильник. Бабочка встала на дверцу холодильника как влитая.
Но на ту беду жене приспичило холодильник мыть. В результате не выдержал супер-пупер-клей, а магнитик как был примагничен, так и остался.
Пришлось бабочке и площадь магнитика существенно уменьшить, и ещё прокладку из бумаги наклеить, дабы эмаль не царапал.

[Грехов Михаил]

Причина раз - у вас магнитная стрелка из неодимовых магнитов тяжелая. Как следствие довольно высокая инертная масса и все никак нельзя дождаться успокоения. В вашем жидкостном, как я понимаю компасе, эта стрелка легкая и довольно протяженная. находится в более вязкой среде. Как следствие - добротность контура по автоколебаниям хуже и он быстрее успокаивается. Кроме этого влияет сам подвес на шнурке. шнурок - не лучшее решение.

Причина два -рассогласование направления вызвано и какой-нибудь остаточной реакцией шнурка... неточным определением центра масс...

Как решение -взять пенопластовый брусок довольно длинный - сантиметров 20.... или легкую рейку из дерева. Примотать 2 магнита по концам естественно расположив их не навстречу магнитными полюсами. И это все в пластиковый таз с водой чтобы плавало. Вместо дерева может оптимальнее блюдце из одноразовой посуды.... магниты прикрепить скотчем/пластилином чем угодно к диаметрально противоположным концам блюдца.... оно легкое, то есть ворочать будет несложно.... нижняя развитая поверхность улучшит успокоение из-за большего объема увлекаемой вязкой воды.

Третий магнит -лишний по центру. Массы добавляет, а момента особо не вырабатывает, так как плечо небольшое относительно оси разворота. Достаточно 2 магнита разнесенных. 

[Geen]

Достаточно 2 магнита разнесенных. 

Разнесение магнитов мало что даёт - момент сил определяется каждым магнитом независимо.

[amakarov]

А что именно объяснять?
Возьмите крупный редкоземельный магнит, и стрелка не только покажет в нужную сторону в трёх измерениях, но и компас вам сам в руки прыгнет.
Только осторожно - пальцы не прищемите

При чем здесь "нужную сторону"?
Там речь вообще не об этом

[Грехов Михаил]

Разнесение магнитов мало что даёт - момент сил определяется каждым магнитом независимо.

Нет. Это если бы они сами по себе были стрелкой и их бы ось поворота проходила через их центр -то да. А в другой системе с 2-мя магнитами, где ось поворота вне магнита.... то чем он дальше от оси, тем момент больше. Значит для уравновешивания 2 магнита надо разносить в разные стороны от оси вращения.

[amakarov]

Причина раз - у вас магнитная стрелка из неодимовых магнитов тяжелая. Как следствие довольно высокая инертная масса и все никак нельзя дождаться успокоения.

Так должно-то быть ровно наоборот. Чем тяжелее груз, тем труднее его раскачать, и тем сильнее должно быть взаимодействие с земным полем

В вашем жидкостном, как я понимаю компасе, эта стрелка легкая и довольно протяженная..

Компас обычный, не жидкостной.

Кроме этого влияет сам подвес на шнурке. шнурок - не лучшее решение.

А чем он плох? Ведь правило -то гласит, что магнитные предметы ориентируются вдоль линий поля. Независимо от шнурков, подвесов, сред и т.д.

[Змей Петров]

При чем здесь "нужную сторону"? Там речь вообще не об этом

Да об этом. В трёх измерениях в нужную сторону покажет.

[Грехов Михаил]

Так должно-то быть ровно наоборот. Чем тяжелее груз, тем труднее его раскачать, и тем сильнее должно быть взаимодействие с земным полем

Труднее раскачать.... но и труднее успокоить. это тоже должно быть понятно. Сила взаимодействия с магнитным полем Земли не зависит от массы магнита, а зависит от напряженности его магнитного поля. Масса тут скорее увы, балластное следствие, ибо легких и мощных постоянных магнитов нет в природе, ибо ферромагнетики тяжелы. Разве что электромагниты (но увы, провода медные и сердечники металлические-опять масса).... Чем больше масса-тем труднее успокоить маятник. Для чего в качестве компактного не парусного груза в старинных точных часах использовали емкость с плотной ртутью.

Компас обычный, не жидкостной.

ок.... но парусность стрелки  воздухе все-равно выше. К тому же на видео вы отпускаете магнитную стрелку.... а стрелка компаса уже успокоилась намного раньше того, как вы её отпустили.... как только компас поставлен на поверхность или даже более-менее ровно - так уже в нем начинается успокоение и выработка направления стрелки. То есть много ранее....Существенно рассогласовать труднее.

А чем он плох? Ведь правило -то гласит, что магнитные предметы ориентируются вдоль линий поля. Независимо от шнурков, подвесов, сред и т.д.

Подвес должен быть выполнен идеально.... Без остаточных моментов и не криво. И с нулевым трением.  Игла на которой колеблется стрелка -хороший вариант.... а шнурок, подвешенный криво.... с остаточным моментом и проч -не лучшее решение.

[archetip-z]

 И ещё один крупный просчёт - нитка такая толстая, имеет свою упругость.
Автору первое задание - пенопластовый поплавок и немагнитный таз, как писал Михаил. И набраться терпения. Результаты отснять и прислать.
Автору второе задание - изготовить герметичную замкнутую ёмкость с плотностью воды, так чтобы она была погружена в воду - не тонула и не всплывала, внутри должна находиться эта неодимовая плашечка. Придётся подбирать баласт, это нудновато, но можно. В данном случае можно будет увидеть угломестную составляющую магнитного поля Земли, а не только азимутальную. Результаты отснять и в студию. Ёмкость, разумеется немагнитная и чем больше, тем лучше. И опять набраться терпения. И центр масс, разумеется должен быть строго в центре масс плашечки - вот здесь я не знаю, чего посоветовать, первое что приходит в голову, полное экранирование от маг. поля Земли с целью калибровки. Задачка ещё та по гемморою

[xd]

Маленькая хитрость: тонкий подбор плотности жидкости можно делать спиртом или солью.

[Змей Петров]

Лучше конечно - спиртом

[Грехов Михаил]

Автору второе задание - изготовить герметичную замкнутую ёмкость с плотностью воды, так чтобы она была погружена в воду - не тонула и не всплывала, внутри должна находиться эта неодимовая плашечка. Придётся подбирать баласт, это нудновато, но можно. В данном случае можно будет увидеть угломестную составляющую магнитного поля Земли, а не только азимутальную. Результаты отснять и в студию. Ёмкость, разумеется немагнитная и чем больше, тем лучше. И опять набраться терпения. И центр масс, разумеется должен быть строго в центре масс плашечки - вот здесь я не знаю, чего посоветовать, первое что приходит в голову, полное экранирование от маг. поля Земли с целью калибровки. Задачка ещё та по гемморою

В том то и дело..... что трудно. Надо как-то иначе. Скажем по компасу уравновесить стержень с магнитами в плоскости, перпендикулярной направлению север-юг.... то ест таким образом будет нивелировано воздействие. а потом уже развернуть в направлении стрелки для максимизации эффекта. Ну и стерэень должен иметь безразличное равновесие.... то есть буз самоуравновешивания со смещением центра тяжести.

[petrovich1964]

системе с 2-мя магнитами, где ось поворота вне магнита.... то чем он дальше от оси, тем момент больше.

Надеюсь по рисунку всё понятно.

[archetip-z]

Лучше конечно - спиртом

Так и до профессиональной болезни недалеко

[xd]

Плотность воды зависит от температуры.
Вода испаряется, соль нет - со временем плотность возрастает, если воду не добавлять. При этом она всегда выше чем у чистой воды.
Вода испаряется медленнее, чем спирт, и если спирт не подливать, плотность тоже возрастает, но остаётся не выше плотности той же воды без спирта.