Levitace není žádná magie
Naučíme se létat bez křídel? aneb Levitace není žádná magie
Ptáci k letu potřebují křídla. Lidé je nemají, a proto nastupují do okřídlených letadel. Že by to tedy bez křídel vůbec nešlo? Nic není vyloučeno a nikdy nevíme, s čím zítra přijdou nápadití vědci. Odrazový můstek už koneckonců máme – přestože létat zatím neumíme, levitovat už celkem s bravurou.
Viděli jste sci-fi film Návrat do budoucnosti II z roku 1989? Pokud ano, určitě si vzpomenete i na scénu honičky na létajících skateboardech. Režisér Robert Zemeckis tehdy tvrdil, že nešlo o žádný filmový trik. Prý tyto technické vychytávky skutečně existují, jen se z bezpečnostního hlediska ještě nesmějí volně prodávat. Pochopitelně to byla jen fáma. Létající prkna byla fantazií o vzdálené budoucnosti…
Slavnou filmovou scénu tehdy tvůrci umístili do roku 2015. A ten už se blíží! Ještě než začnete kroutit hlavu, že takovéto skateboardy do té doby určitě vynalézt nestihneme, pojďte s PANORAMOU 21. STOLETÍ nahlédnout pod pokličku zajímavého experimentu z Paříže…
Kouzelné prkno
V polovině října loňského roku představili studenti a vědci z laboratoře kvantové fyziky na Université Paris Diderot svůj Mag Surf – prkno, které se při pohybu skutečně vznáší nad zemí. Přesněji tedy nad dlouhou magnetickou kolejnicí, a to za průběžného chlazení tekutým dusíkem. Působivou demonstraci si můžete prohlédnout na videu, které se hned začalo šířit na internetu. Uvidíte, že létající prkno není pověšeno na žádných provázcích a že bez problémů unese člověka. Podle jeho tvůrců by ale uneslo i více než 500 kg!
Že je to zas nějaký trik? V žádném případě, jen dobře aplikované znalosti fyziky. Napovědět nám může už to, že Mag Surf byl předveden veřejnosti v rámci francouzskéFête de la science 2011. A při této události bylo připomínáno i 100. výročí od chvíle, kdy Heike Kamerlingh Onnes (1853–1926) objevil jev supravodivosti.
Nevšední elektrická kondice
V roce 1911 tento nizozemský fyzik zkoumal, jak se bude chovat rtuť, když ji radikálně zchladíme tekutým heliem. Zjistil, že při teplotě 4 kelvinů (-269 °C) u ní dochází k takovému stavu, při kterém vůbec neklade odpor průchodu elektrického proudu. Nezaznamená tedy při vedení energie žádné ztráty. Jde o takzvanou supravodivost, jev spadající do oblasti kvantové mechaniky.
Onnes získal za tento objev Nobelovu cenu a supravodivost byla postupně objevena i u některých dalších materiálů. Když se silně ochladí, k čemuž se používá například kapalný dusík, jejich elektrické a magnetické vlastnosti se radikálně mění a stávají se z nich supravodiče.
Vzpoura magnetu
Dalším důležitým objevem, který vysvětluje, jak se pařížský Mag Surf může vznášet, je Meissnerův jev. V podstatě o takový bonus, který s sebou jev supravodivosti přináší.
V roce 1933 němečtí fyzikové Fritz Walther Meissner (1882–1974) a Robert Ochsenfeld (1901–1993) zjistili, že když k supravodiči přiblížíme magnet, setkání proběhne docela dramatickým způsobem. Magnet se bude snažit pohltit supravodič svým magnetickým polem, ten se ale bude bránit a magnetické siločáry ze sebe „vytlačovat“ ven (to je Meissnerův jev). Tím se kolem něj vytvoří silné magnetické pole, orientované proti směru magnetického pole magnetu. Ve výsledku jsou magnet a supravodič nejen odpuzovány od sebe, ale působící síly jsou v rovnováze – supravodič tedy nad magnetem levituje, vznáší se ve stabilní poloze.
Kdo to tu čaruje? Tekutý dusík Ona magická vlastnost francouzského vynálezu Mag Surftedy spočívá právě v supravodivosti. Za použití tekutého dusíku tým vědců těleso natolik ochladil, že z něj vytvořil supravodič. Na základě Meissnerova efektu pak vzniklo elektromagnetické pole, které udrželo prkno nad magnetem.
Na podobném principu fungoval i další působivý „létající“ experiment, který se rovněž vloni na podzim dostal do povědomí veřejnosti. Na výroční konferenci Asociace pro vědecko-technická centra, která proběhla v říjnu 2011 v americkém Baltimoru, použil tým izraelský výzkumníků krystal safíru, pokrytý jeden mikrometr silnou vrstvou speciálního keramického materiálu. Ten nemá při běžné teplotě žádné speciální vlastnosti. Protože ho ale vědci zmrazili na –185 °C, stal se z něj supravodič, a disk začal z výše popsaných důvodů levitovat nad magnetem.
Bez mrazu to zatím nefunguje
Přestože to všechno vypadá tak nadějně, je třeba ještě uvést věci na pravou míru. Francouzský Mag Surf, přezdívaný „létající prkno“, ve skutečnosti vůbec létajícím prknem není! Vznáší se jen okolo 5 cm nad zemí… I kdyby ho vědci dostali výše, těžko bychom na něm mohli jen tak volně létat o městě jako ve filmu Návrat do budoucnosti II – nejprve by musely být všude do chodníků zabudovány pásy supersilných magnetů. A i kdyby se tak stalo, ještě bychom museli všude vybudovat čerpací stanice na kapalný dusík, protože Mag Surf je nutno permanentně ochlazovat zhruba na teplotu -200°C! Kdyby teplota stoupla, supravodič ztrácí svoje úžasné schopnosti, objekt přestane levitovat a spadne na zem.
Najdeme někdy supravodič, který si speciální supravodivé vlastnosti zachová i za běžné teploty okolo 20 °C? Právě to je teď pro vědce zkoumající elektromagnetickou levitaci jednou z hlavních met.
Vznášejí se myši, žáby i vlaky
Jakkoliv máme k létání bez křídel ještě daleko, pokročilé znalosti o levitaci a magnetech jsou čile využívány už dnes. Asi nejznámější prakticky fungující technologií jsou vlaky typu MAGLEV (zkratka pocházející MAGnetic LEVitation), které se pohybují na magnetickém polštáři, vytvořeném díky supravodivým magnetům na trati i na podvozku vlaku. Vlaky, které už převážejí cestující na některých trasách v Čině či Jižní Koreji, sviští ve výšce asi 5 až 10 centimetrů nad zemí a díky levitaci mohou mít téměř neomezenou rychlost (je vyzkoušeno až 580 km/h).
Běžně se magnetická levitace využívá i během pokročilých vědeckých experimentů. Výzkumníci například měří přesné teploty tavení levitujících kovů, nebo věší do vzduchu žáby, kobylky, myši či octomilky a sledují tak vliv beztíže na jejich organismus. Ptáte se, jakým způsobem mohou levitovat živí tvorové? Umožňují to vodivé vlastnosti vody, obsažené v jejich těle.
5 dalších tipů, jak se vznést
Magnety zdaleka nejsou jedinou možností, jak překonat gravitaci a nechat hmotné objekty viset ve vzduchu. Seznamte se ve zkratce s některými z dalších způsobů levitace.
Důležité je zkrátka to, aby bylo těleso v rovnovážné poloze, jinými slovy aby se součet všech sil působících na těleso ve vzduchu rovnal nule. Jinak by se zřítilo k zemi, případně ulétlo k něčemu, co ho bude přitahovat větší silou. Jak se dá tedy, bez pomoci známých magnetů, této rovnováhy dosáhnout?
Polštář ze zvuku
Akustická levitace
Co je to zvuk? Mechanická podélná vlna, která se šíří vzduchem kolem nás. Ve směru jejího šíření dochází ve vzduchu ke změnám hustoty molekul – vzduch se stlačuje a zřeďuje, mění se jeho tlak. Těleso může levitovat, když se dostane na polštář hustšího tlaku vzduchu, zatímco nad ním je tlak vzduchu řidší. Vznášet se takto mohou jak pevné, tak kapalné látky.
Chytrá čočka
LEVITACE POTLAČENÍM CASIMÍROVA JEVU
Ulf Leonhardt a Thomas Philbin ze Skotska přišli před několika lety s tím, že levitace se dá dosáhnout zvrácením tzv. Casimírova jevu. Ten způsobuje, že na úrovni mikrosvěta se částice slepují k sobě a komplikují například sestavování mikropřístrojů. Dvojice fyziků vložila mezi dva objekty speciální čočku, která ohýbá světlo do opačného směru než normální čočky. Částice tedy, místo toho aby se přitahovaly k sobě, budou levitovat.
Síla vzduchu
Aerodynamická levitace
Vezměte třeba maličký kousek papíru a spusťte pod ním fén. Co se stane? Papír nejspíš odletí. I když rovnovážné levitace tímto způsobem pravděpodobně nedosáhnete, je to dostatečný důkaz toho, že těleso může být nadnášeno proudem vzduchu. Funguje tak například vznášedlo. Vzduch je do něj vháněn spodem skrz otvory v trupu a naplňuje pružnou manžetu po obvodu. Pod vznášedlem tak vzniká přetlak, díky němuž je dopravní prostředek udržen nad zemí či vodí hladinou.
Mocná elektřina
EleKtrostatická levitace
Objekt určený k létání musí být v tomto případě elektricky nabitý. Pak ho vystavíme působení elektrického pole, které bude vyvíjet odpor gravitační síle. Stačí už jen najít moment, kdy je skóre obou sil nerozhodné.
Čím zahýbe světlo?
OPTICKÁ LEVITACE
Předměty dokáže nadnášet i světlo. Využívají se například laserové paprsky, které mohou za správných podmínek udržet si přemísťovat malé částice v trojrozměrném prostoru. Říká se tomu optická pinzeta či optická past.
Zařiďte si létající domácnost
Nemyslete si ale, že levitace zatím patří jen vlakům a do vědeckých laboratoří. Designéři a výrobci z celého světa už vytvořili mnoho funkčních levitujících předmětů a řadu z nich si můžete i koupit. Přesnou technologii, na jejímž základě tyto věci fungují, společnosti většinou neprozrazují. Nejčastěji jsou ale využívány právě šikovné vlastnosti magnetů.
* Dánské lampy značky Crealev nejen svítí. Mají rozličné tvary, ale skládají se vždy ze dvou částí, z nichž ta horní volně visí ve vzduchu.
* Houpací sítě už nejsou „in“. Rozvalte se raději přímo na obláček, který levituje volně v prostoru! Mluvíme o známé magnetické pohovce Cloud, kterou vymyslel David Koo z Hongkongu. Holanďan Janjaap Ruijssenaars vytvořil dokonce i vznášející se manželskou postel. Vzhledem k cenám je to ale rozhodně záležitost pro milionáře.
* I levitující drobnosti mohou dát domácnosti vzdušnější ráz. Třeba sada slánky a pepřenky, jejímž autorem je italský designér Son Mocci. Vypadají jako malé sněhové pusinky a pochopitelně jsou vybaveny magnety.
* Levitující kancelářské křeslo Chairman, jehož autorem je Marijn van der Poll z Nizozemska, vypadá spíš jako trůn pro krále. Pracuje podobně jako vznášedlo a může se lehce pohybovat po místnosti. V obchodě ho ale zatím nekoupíte.
* I britská společnost Hoverit proslula výrobou magnetického levitujícího nábytku. Odkazuje se i na to, že působení magnetů je prospěšné lidskému zdraví. Řada lidí tomu věří, podle jiných je ale dlouhodobé vystavování se magnetického poli naopak škodlivé. A vzhledem k trendu levitujících technologií debaty na toto téma rozhodně ještě neskončí.
