磁石で磁石を浮かせたい！

質問

磁石のN極を上向きに床面に敷きます。
　また別に、箱の底に磁石のN極を下向きに設置します。
　床面の上に、その箱をおろして、下からはもちろん、横や上からの支えなしに、床から(たとえ数cmでもいいから)浮いている状態を作りたいのです。
　実験材料として、ホームセンターで販売している丸ボタン型の磁石の同じものを多数購入しました。磁石は直径２cm：平らな面が磁極。フェライトだと思いますが材質はよくわかりません。磁力は手の甲に載せた磁石と手のひらにある磁石がなんとか引き寄せられて落ちない程度です。
　方法として、床面にテープで無理矢理近接させて並べて貼り付けました。一方様々な形、大きさの磁石をその上に同じ磁極が向き合うようにして、磁石がひっくり返らないように箱の底面にテープで貼り付け、置いてみようとしたところ、外に逃げたり、床の磁石と磁石の間に引き寄せられてしまったりと、うまくいきません。床面の磁石の並べ方を円状に並べてみたり、くっつけて並べてみましたが、同様にうまくいきません。
　なんとか浮いた状態で安定させたいのですが、いい方法、アドバイスがありましたらよろしくお願いいたします。
　場合によって、床面はかごのような形でもかまいません。

回答No.4

vortexcore · ベストアンサー

アーンショーの定理は磁場そのものの性質に起しているので、単に磁石の配置を工夫しても解決しないと思います。（反磁性体を使えばできますが）

磁気浮上を研究している人は結構沢山います。アーンショーの定理と磁気浮上に関しては参考URL（英語）が詳しいです。

実際は、U-CASのようにあっと驚くアイデアで磁気浮上を実現することもできているわけですから、新しい方法を考えることは有意義だと思いますが、磁石の配置方法以外のプラスアルファが必要ですね。

参考URL：

http://www-hfml.sci.kun.nl/levitation-possible.html

お礼

早速のご回答に対して、お返事が遅くなって申し訳ございません。
　U-CASの解説URLも探して読んでみました。絶妙なバランスで浮いているようですが、遠心力でつり合いを取っているので、半永久的は無理なようですね。
　教えていただいたURLも読んでみました。磁界のくぼみの位置を認識して、磁力の強さを絶妙に釣り合うようにコントロールでき、離れそうなら磁力を強くして、近づこうとするなら磁力を弱くコントロールするセンサーとプログラムが可能なシステムにするか、U-CASの原理の逆で、床面の磁石を常に回転させるか、振動を常に起こすようにしないとできないということがよくわかりました。
　単純に何のエネルギーも与えずに、静的に浮かすことはできないのですね。
　よくわかりました。あきらめます。ありがとうございました。

回答No.5

First_Noel

いえ，結局ちゃんと浮かせることは出来ませんでした．
遊びでしたので，それ以上追求することはしなかったです．
遊びなりに余った磁石で工夫をしてはみたのですが，
アーンショーの定理と言うものがあるのですか・・・
では単純に＃２程度では無理なのかも．．．

お礼

どうもありがとうございます。
　磁力を可変してバランスを調節するか、なんらかの方法で磁石を常に動かすかしてバランスを調節しないと無理なようです。
　そういえば、昔、どこかのメーカーで「浮く地球儀」なるものが販売されていたことを思い出しました。現在インターネットで探してみましたが見つからないので原理がわからないのですが、北極・南極の延長線上の枠上下にそれぞれ磁石が付いていて、地球儀にも磁石が極方向についていた様に思います。たしかコンセントが付いていたので電磁石を利用して外に逃げないようにバランスを取っていたのかなと思いますが、結構高度な装置が必要なようです。どなたかご存じの方いますかね。
　First_Noelさんのお礼の欄をお借りして、ご回答いただいたみなさんにお礼申し上げます。どうもありがとうございました。

回答No.3

vortexcore

しばらく前にはやった「U-CAS」というおもちゃのように回転させたり、反磁性体を使わない限り、必ず浮かせようとする磁石がひっくり返ってしまうはずです。

実は、何の支えも無く磁石（強磁性体、一般には常磁性体）を安定に空間に浮かせることは不可能であることが証明されています。（アーンショーの定理）

お礼

ガーン！アイデアが不可能なものだったということを教えて下さり、ありがとうございました。ウ・ウ・ゥ
　そうなんです。浮かせようとする磁石を上から押さえつけても、ひっくり返ろうとするか、逃げて落ちてしまうのです。　
　ところで、アーンショーの定理というものでは、一組の、相、対する磁性体について適用されるのでしょうか。面に固定された複数(組)の磁性体についても適用されるのでしょうか。
　ご回答いただいた内容からすると、仮に、浮かせようとする物体がある程度大きく、物体の底一面に並べて貼り付けた磁石であっても、床面の磁石と反発してひっくり返ろうとして物体が逆さ・もしくは横向きに落ちてしまうのでしょうか。

回答No.2

First_Noel

私は学生時代，カスプ磁場を作るのにＳｍＣｏ（サマリウム・コバルト，サマコバ）磁石を
使ったことがありますが，ついでにちょっと遊んでみたことがあります．

１．回転対称とする．出来れば底は円（に近い形）にすると良いでしょう．
２．例えば内側をフェライト磁石，外側をサマコバ磁石とかにする．
　　外側に強い磁石を使うことで，等磁位の形状をお椀のように中心程低くする．

サマコバは大量に業者から仕入れると，１ｃｍ×１ｃｍ×２ｃｍの直方体で
１個５００円位ですが，ハンズ等で買うと７００円から１０００円くらいするかも知れません．

お礼

> ついでにちょっと遊んでみたことがあります
　First_Noelさんは、実際に浮かせてみたことがあるのでしょうか？
　もし浮かせられるのであれば、私も何とかやってみたく思います。
　希望を下さり、ありがとうございます。
　First_Noelさんのお話だと、外側の強い磁束密度の磁力線で外に逃げるのを防ぎ、中心部の弱い磁束密度の磁力線で反発させて浮かせるイメージ(下図)ことでよいのでしょうか。同じ磁束密度のものを使ったので上の磁石が逃げてしまったのでしょうか。
　　　　　　　　磁石
←↑→　 　←↓↓→　 ←↑→
　↑↑　　　 　 ↓　 　　　↑↑
←↑↑→　← ↑ →　←↑↑→
↑↑↑↑　↑ ↑ ↑　↑↑↑↑
強磁性体　弱磁性体　強磁性体　
図　側面から見た磁性体の磁力線イメージ

　ただ、磁力線は、一方の磁極から対する方の磁極に向かって流れるので、磁石を密に並べないと、磁石の間の下がる磁力線に引っ張られて落ちてしまいそうです。
　実験してみます。
　ありがとうございました。

回答No.1

Methyln

一番簡単なのはドーナツ上の磁石数個と、その穴に通るくらいの棒を用意し、
同極を合わせた形で棒に入れることでしょうか？
上の箱の４隅にその棒が通るくらいの穴をあけて、下の箱側と上の箱のそこに
ドーナツ上の磁石を向き合わせておけば、反発力で箱は浮くと思います。

ただの平面ではズレたときに磁力の弱さや、反対の極からの磁力によって
くっつく事があるので、横方向にズレないように支えが必要だと思います。

薄っぺらいシールのような磁石がいっぱいある場合なら、
頂点と上に向けた三角柱の上面２枚に上方向をN極としてレール上のものを作り
上に載せる台車として、ヘの字の形をしたもので、内側にN極がくるように磁石を
貼り付ければ、リニアモーターカーのように反発力で浮上する模型は完成するでしょう。

図：　／＼
　　／＼／　台車とするもの
　　↓↓　　磁力の向き

　　↑↑　　磁力の向き
　 ／＼／
　｜ ｜／

お礼

早速の回答をありがとうございます。
　リング磁石を棒に刺して反発力で浮かす方法は、別の模型として応用してます。
　なお、今回は、支えなしの物を作りたいのです。
　下記案ですと、上に載せる台車の重さと磁石の磁力とを絶妙なバランスでそろえないといけないので、ちょっと大変そうです。また、お椀を床面にしてボールで試してみましたが、ひねって落下してしまいました。ボタン磁石だからかもしれません。この方法もそんな気がしますが、取り急ぎ実験してみます。シート状の磁石は持ってますが、メモ貼り付け用の磁力の弱い物しかないので、大きい方形の磁石を並べてやってみます。後日ご報告いたします。

補足

なんど工夫してやってもできませんでした。
他の方の回答では難しいようです。
ありがとうございました。