[사회과학] Levitating spinner - 완구의 일종인 레비트론의 운동에 관해 실험, 분석한 자료

Levitating spinner
A toy consists of a magnetic spinning top and a plate containing magnets (e.g. Levitron). The top may levitate above the magnetic plate. Under what conditions can one observe the phenomenon?

1. 문제파악 및 이해

2. 문제 해결의 발상

레비트론은 언 뜻 보기에는 마치 중력을 거스르는 것 같이 보인다. 하지만 실제로 레비트론을 분석해보면 자기력과 중력의 조화로 인해 팽이가 뜨는 것일 뿐이다. 하지만 막상 팽이를 띄우는 것은 그렇게 간단하지 않다. 실제로 팽이가 공중부양을 하기위해서는 팽이에 적절한 회전과 magnetic base의 수평을 잘 맞춰 주어야한다. 그렇게 해야 팽이가 적정범위 이내에서 안정하게 떠있을 수 있다. 본 연구에서는 팽이가 안정하게 떠 있을 수 있는 범위를 이론적으로 계산해보고, 실제 실험을 통해서 이를 확인해 보는 방향으로 실험을 하기로 하였다.

3. 레비트론의 이론적 분석

이것은 단지 팽이를 뒤집히지 않도록 안정시키는 것만으로는 충분하지 않다.
먼저 우리는 팽이가 무한이 도는 경우에, 팽이가 뒤집히지 않도록 안정되어있는 것이 회전 때문인지 아니면 다른 기계적장치가 있는 것인지를 알 필요가 있다.
[그림1.] 팽이의 세차축이 팽이의 자기쌍극자모멘트 가 항상 방향을 향하도록하고
자기장의 방향에서 벗어 이에 반발하는 기저부의 자석으로부터 생성되는 자기장가
나는 경우 팽이는 밖으로 팽이가 부양하는 지점에서 방향으로 존재한다.
튕겨져 나간다
퍼텐셜에너지는 이다.
여기서 안정하게 떠 있기 위해서는 2가지 조건이 필요하다. 첫째, 자…

(1), (2)

4. 가설설정

1) 팽이가 뜨는 높이에 상한선과 하한선이 존재할 것이며, 이는 팽이와는 상관이 없을 것이다.

2) 팽이가 떠있는 높이에서 팽이가 가진 퍼텐셜에너지가 최소가 될 것이다.

5. 실험 설계

1) Hall-effect gaussmeter를 이용하여 manetic base의 자기장의 세기를 높이에 따라서 측정한다. 측정결과를 바