基于Mathematica对磁力搅拌器搅拌粘性流体时出现的搅拌子磁悬浮现象再分析

磁力搅拌器在搅拌粘滞流体的过程中,存在一种搅拌子上跳并且磁悬浮的现象,一论文对该现象的机械运动给出了解释,使用了磁偶极子假设和单倍周期关系,而磁偶极子假设可以使用更接近实际情况的具有厚度的环形磁铁计算:通过将搅拌器的环形磁铁拆分成一组电流环再积分,可以给出更为精确的结果。同时基于Mathematica的数值计算也找到了支持单倍周期关系的理论依据。该现象对存在磁场时的角速度测量装置和复杂的磁悬浮装置给出了可替代方案,而解析的磁场能用于厚环形磁铁磁场的计算。

磁悬浮的实验探究和理论分析

文章研究2020年中国大学生物理学术竞赛的第九题,对磁力搅拌器黏性液体中的搅拌子在旋转磁铁磁场作用下的运动,进行实验探究和理论分析。根据搅拌子和旋转磁铁的相对运动情况,将整个实验过程分为同步、不完全同步和不同步转动的三个阶段,观测和记录了三个阶段的实验现象及其细节,其中第二阶段搅拌子在黏性液体中的悬浮现象作为重点探究内容。由于问题复杂,在理论分析中,首先根据同名磁极相互排斥、异名磁极相互吸引的规律进行简单的讨论,然后根据搅拌子在磁场中的附加能量和磁力矩对实验现象进行详细的解释。为了更加清晰地理解搅拌子的悬浮现象,特别注重形象物理模型的构建和直观物理图像的呈现,将复杂问题简单化。研究内容及其方法在课堂教学实践和科普宣传教育中有一定的参考价值。