Модель электромагнитного поезда

Цель

Создание модели электромагнитного поезда, которую можно использовать в демонстрационном эксперименте на уроках физики для изучения явлений электромагнитного взаимодействия.

Описание

Электромагнитное взаимодействие представляет собой взаимодействие между частицами, имеющими электрический заряд. При этом взаимодействие осуществляется посредством электромагнитного поля. Мир, который нас окружает, − проявление электромагнитного взаимодействия. Большое количество сил в механике имеет электромагнитную природу (силы натяжения, упругости и т. д.). Благодаря электромагнитному взаимодействию существуют атомы и молекулы, поскольку их «связывают» электромагнитные силы. Электромагнитное взаимодействие является основой всех существующих явлений на Земле.

Автором изучено явление электромагнитной индукции как наиболее яркого проявления электромагнитного взаимодействия. Проанализированы характеристики соленоида, являющегося основным элементом создаваемой модели, выявлены параметры, потенциально влияющие на скорость движения.

Движение батарейки происходит за счёт взаимодействия магнитов на его концах со спиралью. Присоединяя к батарейке магниты, мы делаем из неё большой магнит, один полюс которого будет отталкиваться от спирали, по которой идёт ток, а другой − притягиваться, при этом двигаясь.

Опытным путём были уточнены ключевые параметры, влияющие на скорость движения: состав проволоки, количество и толщина магнитов, параметры батарейки, диаметр проволоки, расстояние между витками намотки. Собрана действующая модель электромагнитного поезда.

Рассчитана индукция магнитного поля в средней части соленоида созданной модели.

Рассмотрено практическое применение явлений электромагнитного взаимодействия для транспортировки, выявлены существующие преимущества и недостатки Hyperloop и Маглев.

Также проведён анализ существующих в школе автора решений поставленной проблемы необходимости повышения интереса у школьников к изучению физики. Критерии анализа: наглядность, возможность изменить параметры процесса, прямая связь с передовыми направлениями инженерных исследований и разработок.

Результат

Создана работающая модель простейшего электромагнитного поезда. Используемые материалы и способ изготовления корректировались опытным путём. Рассчитана индукция магнитного поля в средней части соленоида на основе параметров созданной модели, величина составила 0,027 Тл.

Модель демонстрирует осуществление движения и перемещения предмета за счёт электромагнитного взаимодействия.

Демонстрация модели на уроках в 7−9 классах школы и обсуждение возможности использования явлений электромагнитного взаимодействия при создании «пятого вида транспорта», в том числе в рамках проектов Илона Маска, вызвали неподдельный интерес ребят. В результате дискуссии пришли к выводу о том, что транспортировка таким способом на текущем этапе развития технологий может быть эффективна для грузов, что и подтверждается мнением руководства РЖД. При помощи созданной модели можно проводить эффектные эксперименты, которые сделают уроки интереснее. Модель используется в школе автора для демонстрационного эксперимента на постоянной основе в рамках преподавания курса физики, а также курсов дополнительного образования.

Оснащение и оборудование

Медная проволока; неодимовые магниты; батарeйка; дрель-шуруповёрт; металлическая трубка; тиски слесарные.

Сотрудничество

МГУ им. М.В. Ломоносова

Перспективы использования результатов работы

Тестирование модели в вакууме, изменение и измерение параметров модели с учётом будущих знаний по физике в 10−11 классах.

Награды/достижения

1.    Московский городской конкурс исследовательских и проектных работ обучающихся (заключительный этап), 2019 год – призёр.

2.    Городская открытая научно-практическая конференция «Наука для жизни», 2019 год – победитель.

3.    74-е Дни науки НИТУ МИСиС, 2019 – призёр.

Особое мнение

«Участие в конференции – это уникальный опыт и отличная возможность представить свой проект и получить объективную оценку от экспертов высокого уровня. Формат стендовых докладов делает участие в конференции очень интересным и позволяет школьникам обмениваться как непосредственно идеями, так и опытом их реализации»