Автор: Марат Айдарович Мулюков, 16 лет, город Ишимбай, Республика Башкортостан, Российская Федерация
Возраст: 16 лет
Место учёбы: ГБОУ БКК ПФО
Город,регион: г.Ишимбай
Руководитель: к.и.н. Бабушкин Андрей Юрьевич

Магнитолёты

Иллюстрации не закачаны на сайт олимпиады, их демонстрация не гарантирована
(прим. модератора)

План

1) Введение
2) Что такое магнитолет
3) Магнитолет Евстратова
4) Магнитолет Филимоненко
5) Заключение
6) Термины

Введение 

Кому не приходилось изучать это лёгкое правило из школьного учебника физики. оно ещё запомнилось потому что рассказывало о таинственном процессе, протекающем в любом электрическом приборе от бытового нагревателя до огромного электродвигателя.  С помощью этого правила доложен был работать такой же таинственный проект, как и само правило. Его изначально выпустили с заголовком «на грани фантастики». Этот аппарат называется магнитолет. Именно об этой технике я и написал свою работу. 

В ходе своего исследования я поставил перед собой цель – узнать есть ли будущее у магнитолёта. Для её достижения я решил несколько промежуточных задач:

1. Узнать значение термина «магнитолёт»
2. Выяснить его конструктивные особенности.
3. Проанализировать положительные и отрицательные последствия использования магнитолёта.
4. Узнать наиболее перспективные разработки магнитолётов.
5. Ответить на вопрос – когда полетят первые магнитолеты? 

Предметом моего исследования является магнитолёт, а объектом:

1. Деятельность учёных, достигших прогресса в разработке данного летательного аппарата.
2. Магнитное поле Земли.
3. Законы физики, в частности закон Лоуренса.

Главная мысль моего исследования, то есть гипотеза состоит в том, что магнитолёт является техникой будущего. 

1. Что такое магнитолёт

Что такое магнитолёт? 

Магнитолёт это аппарат способный перемещаться в магнитном поле с помощью силы Лоренса. 
Сила Лоренса - это сила с которой электромагнитное поле действует  согласно класической (неквантовой ) электродинамике действует на точеную заряженную частицу. Проявление силы лореса в макромире является сила ампера.

Для людей магнитолет совершенно новый аппарат. Мы привыкли что летательные аппараты для полета пользуются несущими плоскостями, на которые действует сила воздуха. Магнитолёт же для создания поднимающей силы должен использовать магнитное поле. 

Давайте рассмотрим, как это происходит с помощью опыта.

Опыт 1

Возьмем постоянный магнит подковообразной формы. Проводник подвесим на гибких проводах и подадим электричество. Поднесём магнит к проводнику так чтоб он оказался внутри магнитного поля (то есть между полюсами подковообразного магнита). Мы видим следующее, проводник отталкивается от магнита в зависимости от направления тока в цепи.

Объяснение: когда ток течет по проводнику то создает магнитное поле. Это поле может взаимодействовать с полем постоянного магнита. При этом взаимодействии лини магнитного поля постоянного магнита искажаются и пытаются вернуться в исходное положение. Тем самым выталкиваю проводник. Так появляется сила ампера. 

Эту силу  можно вычислить с помощью следующей формулы:

F – Сила ампера 
I – сила тока 
L – Длина проводника 
B – модуль вектора магнитной индукции 

Проводник есть осталось найти опору в виде магнитного поля. Такой опорой можно использовать землю. Магнитное поле постоянного магнита схоже с магнитным полем земли. Кроме земли еще множество космических объектов имеют магнитное поле. Можно использовать любой. 

Например, для дальних полетов отлично подойдет солнечный ветер, он вытягивает магнитное поле земли на множество километров создавая некий магнитный хвост, в котором магнитолет сможет перемещаться. 

Во время работы я изучал самые перспективные магнитолеты давайте рассмотрим их.

2. Магнитолёт Евстратова

Инженер-конструктор И. Евстратов предложил свой проект магнитолёта, который он называет элекоптером. Основной частью его будет система сверхпроводящих обмоток. Каждый виток этой обмотки будет представлять собой прямоугольник с достаточно большим отношением длины к ширине. Нижняя часть витка должна быть закрыта магнитным экраном. Для поддержания сверхнизкой температуры в обмотке на его борту  должна быть криогенная установка. Для горизонтального перемещения можно, как у вертолета, использовать сам агрегат вертикального подъема или, для быстроходных вариантов, установить, например, турбореактивный.

Не смотря на простоту конструкции магнитолет имеет ряд минусов:

1. ориентирование корпуса относительно линий магнитного поля.
2. перемещение с помощью повышения силы тока в проводнике.
3. малая сила магнитной индукции земли 
4. огромная энергопотребляемость 
5. большой вес криогенной установки и прочей аппаратуры
6. большая опасность катастроф при малой скорости и высоте полета 

Некоторые проблемы в создании магнитолета можно решить.

Например, для меньшей энергопотребляемости в роле проводника можно использовать сверхпроводники. Из-за меньшего сопротивления ток в проводнике сможет циркулировать практически бесконечно.

Проблема веса установки есть только в гравитационном поле земли. Выходя же из него проблема веса тела сразу решиться. 

Для ориентирования магнитолета в магнитном поле можно использовать сам проводник. при действии магнитного поля на проводник появляются еще пара сил. При наклоне проводника они будут усиливаться из-за того, что проводник становится под углом, приближенным к углу 90 градусов. И тем самым он будет корректировать положении магнитолета касательно магнитного поля.

Но во время решения этих проблем появилась еще одна Сверхпроводники являются таковыми только при определенных температурах. Проводник, у которого критическая температура самая высокая это проводник на основе меди (- 173 градуса). А при прохождении такого огромного тока по проводнику он будет нагреваться. Тем самым уничтожая сверхпроводимость. Это самая большая проблема в создании магнитолета.  Когда ученные смогут создать сверхпроводник при обычных температурах люди смогут создать магнитолет.  

3. Магнитолёт Филимоненко

Филимоненко предложил свой проект. Попытка усовершенствовать магнитолет Евстратова. Он решил проблему применения большой силы тока в проводнике. Он предлагал использовать ферромагнетик как линзу для фокусирования максимального количества магнитных линий на проводник. В таком случае мы увеличиваем площадь принимающей части проводника. Получается, что, увеличивая площадь линзы из ферромагнетика мы сможем уменьшать силу тока в проводнике.   Но и в этом решении есть трудности.

Масса линзы из ферромагнетика слишком большая. В условиях гравитационного поля земли подъемная сила магнитолета сведется на нет. Но это только в пределах гравитации. В невесомости магитолет сможет перемещаться, используя солнечные батареи или атомную энергию.

Заключение

Исходя из выше сказанного можно выявить все плюсы и минусы магнитолета.

Плюсы:

1. бесшумность 
2. вертикальный взлет 
3. огромная высота полета 
4. легкое корректирование высоты полета

Минусы:

1. большая энергопотребляемость  
2. малая эффективность в пределах гравитационного поля. 
3. тяжелая в экономическом и техническом русле реализация проекта. 

Так, когда же полетят первые магнитолеты? Исходя из основных проблем его создания можно ответить, что данный проект станет доступным, когда человечество изобретёт сверхпроводимость при комнатных температурах. В данный момент огромное количество ученных трудятся над данной проблемой, ведь с открытием сверхпроводимости станет доступно очень много. Но несмотря на это никто не приблизился к ее решению близко.

 «являются ли магнитолеты перспективной техникой будущего» конечно да. Когда люди смогут создать магнитоле то откроют мир космоса еще больше чем сейчас. Можно буде совершать полеты на другие планеты, совершать фоторазведку. В военном русле использование аппарата будет различным. Совершать бомбардировку, разведку, перехватывать вражеские спутники, выступать в роле спутника для фиксирования запуска межконтинентальных ракет и являться космической станцией для ведения боевых действий. Все это будет возможно при появлении магнитолетов.

Приложение 1

Термины

1. магнитное поле -  силовое поле, действующее на движущиеся электрические заряды и на тела, обладающие магнитным моментом, независимо от состояния их движения. 
2. Сила Лоренса -  Сила Лоренса - это сила с которой электромагнитное поле действует согласно классической (не квантовой) электродинамике действует на точеную заряженную частицу. Сила Ампера проявление силы Лоренса в макромире (сила с которой магнитное поле действует на помещенный в него проводник).  
3. Магнитолет - аппарат способный перемещаться в магнитном поле с помощью силы Лоренса или ампера. 
4. Магнитная индукция - векторная величина, являющаяся силовой характеристикой магнитного поля (его действия на заряженные частицы) в данной точке пространства.
5. Сверхпроводники – материал электрическое сопротивление которого при понижении температуры до некоторой величины,  Tc становится равным нулю (сверхпроводимость). В настоящее время проводятся исследования в области сверхпроводимости с целью повышения температуры Tc до комнатной температуры.
6. Ферромагнетик – вещества (как правило, в твёрдом кристаллическом или аморфном состоянии), в которых ниже определённой критической температуры (точки Кюри) устанавливается дальний ферримагнитный порядок магнитных моментов атома или ионов (в неметаллических кристаллах) или моментов коллективизированных электронов (в металлических кристаллах). Иными словами, ферромагнетик — такое вещество, которое (при температуре ниже точки Кюри) способно обладать намагниченностью в отсутствии внешнего магнитного поля.