涡流制动器是一种非接触式制动系统,最常用于火车和滚筒过山车中。在涡流制动器中,磁铁用于在金属转子或车辆的另一个金属部分中诱导涡流。根据伦茨定律,这些诱导的电流产生了与原始场相反的磁场。与传统制动系统中使用的摩擦力相比,这两个相对的磁场可减慢车辆的速度。

克里斯·加夫尼(Chris Gaffney)和亚当(Adam)在2016年9月的版本中物理老师描述了他们对涡流制动的调查。作为传统摩擦实验室的替代方案,他们的学生将磁铁滑落在长铝坡道上。它们在坡道中诱导的涡流减慢了磁铁。

作为一家出售很多的公司铝动力学轨道,对于我们来说,尝试一下似乎很自然。我们为我们的塑料设计了3D打印的简单磁铁架动态车和轨道系统(DTS)推车。它最多可容纳四个磁铁,距离动态轨道的表面约2毫米。

DTS购物车上安装了涡流制动器

该图显示了DTS手推车在倾斜轨道上滚动的速度,带有涡流制动器(零,两个或四个磁铁)或我们的摩擦垫安装。使用零磁铁,手推车的速度如预期的那样线性增加。随着摩擦垫安装在购物车上,速度曲线类似地是线性的,尽管斜坡较浅。安装涡流制动器时,速度曲线的形状有所不同。如预期的那样,随着安装的磁铁数量,推车上的诱导阻力增加。还显然,涡流制动力的性质与简单的动力学摩擦不同。例如,在安装了四个磁铁后,手推车在四秒钟内到达端子速度。

摩擦的系数是对两个表面彼此轻易滑动的量度的度量,取决于接触的表面和手推车上的正常力。在这种情况下,正常力由卡车的重量和轨道的角度确定。两种因素都不同,因此在坡道下运动期间,动力学摩擦是恒定的。因此,速度稳定增加,就像没有摩擦垫的情况下一样,但速度较低。

但是,卡车上诱导的磁性阻力的模型取决于购物车的速度。手推车移动的速度越快,诱导的涡流越大,阻力越大。在末端速度下,阻力已增加到推车的加速度下降到零。

手推车的速度曲线在摩擦垫和涡流制动器之间的形状有所不同。

如果您想研究使用DTS手推车和轨道的涡流制动,则可以3D打印自己的制动器。您会在我们的Thingiverse页面