Маглев поезд на магнитной: Shanghai Maglev (Шанхай Маглев) – самый быстрый поезд в мире

В 1979 году сразу две страны — Западная Германия и СССР — запустили экспериментальные образцы пассажирских маглевов. Маглев (magnetic levitation) — поезд на магнитной подушке, который при движении парит в воздухе, не касаясь никакой опоры. Немцы сделали из этого настоящую рекламу — маглев по коротенькой трассе возил посетителей Международной транспортной выставки IVA. У нас же с рекламой всегда было плохо, поэтому первый советский маглев ТП-01 ездил по заводской 36-метровой трассе.

Что такое маглев

Маглев — поезд на магнитной подушке, магнитоплан — это поезд, приводимый в движение мощным электромагнитным полем, которое одновременно приподнимает его над дорогой. Зазор совсем небольшой, примерно 15 мм (плюс-минус), но всё же маглев фактически летит. Никаких вам выхлопов. Никакого грохота многочисленных колёсных пар по рельсам, никакого рёва дизелей или гудения электромоторов. Сам по себе маглев перемещается бесшумно, только при большой скорости — несколько сотен километров в час — будет возникать аэродинамический шум.

Единственное, что ограничивает скорость маглева — мощность магнитов и аэродинамическое сопротивление. То есть в теории маглевы могут конкурировать со среднемагистральной авиацией.

Правда, есть у технологии и два важных недостатка: для движения маглевов нужно прокладывать отдельную дорожную сеть, а стоимость строительства и обслуживания одного километра гораздо выше, чем у традиционного ЖД-транспорта. С другой стороны, это отчасти компенсировалось крайне низким износом подвижного состава — ведь у маглева нет механической ходовой части, ничто не крутится, не стирается, не накапливает усталость металла. По сути, маглев — это капсула, висящая над дорогой благодаря отталкиванию магнитных полюсов.

Советский маглев

В 1970-х городское население в СССР быстро росло. С ним увеличивалась и потребность в расширении транспортной сети. Наряду с «консервативными» методами решения проблемы — например, увеличением парка традиционных поездов и авиации — рассматривались и более смелые идеи. Одной из них стал проект пассажирских линий, по которым с большой скоростью курсируют магнитопланы небольшой вместимости (по сравнению с обычными электричками). Конечно, покрыть всю страну маглев-сетью не смог бы позволить себе даже СССР. Но на некоторых наиболее нагруженных направлениях маглевы могли бы быть экономически целесообразны.

В 1975 году было создано транспортное объединение «Союзтранспрогресс», в рамках которого организовали институт ВНИИПИтранспрогресс. Инженеры и учёные этого НИИ и занялись разработкой прогрессивного транспортного средства. И в 1979-м, одновременно с немцами, первый советский маглев ТП-01 проехал по заводской тестовой линии.

ТП-01 имел массу 12 т и вмещал 20 пассажиров. В сжатые сроки были созданы новые испытательные маглевы — ТП-02 и 03. Их тестировали на 180-метровой трассе в подмосковном городе Раменское, где находился ВНИИПИтранспрогресс. Вскоре трассу удлинили до 850 метров. Маглев ТП-04 стал передвижной лабораторией.

Успехи, продемонстрированные конструкторами на первых образцах, позволили запланировать создание экспериментальных линий, на которых маглевы уже перевозили бы пассажиров. Первыми республиками с действующими маглевами должны были стать Казахская и Армянская ССР. Но затем алма-атинский проект трансформировался в метрополитен, и остался ереванский. Столицу республики планировали соединить с городом Абовяном, расположенным в 16-ти км. Он должен был стать своего рода огромным «спальным районом» Еревана, и маглев представлялся идеальным решением проблемы транспортной доступности.

В 1986-м инженеры ВНИИПИтранспрогресса создали свой последний и наиболее совершенный прототип маглева — ТП-05.

ТП-05

Одной из «изюминок» конструкции ТП-05 было использование вдоль вагона цепи из небольших магнитов. При его движении датчики измеряли величину зазора между вагоном и дорогой, а система меняла силу тока на конкретных магнитах, увеличивая или уменьшая их отталкивание. Тем самым компенсировались неровности дороги и обеспечивалась плавность хода.

Маглев имел алюминиевый корпус, весил 18 т и мог перевозить 18 человек. В принципе, мог и больше, просто остаток объёма был занят дополнительным испытательным и измерительным оборудованием. Изначально планировалось испытывать ТП-05 на скоростях до 100 км/ч.

Ереванский маглев должен был стать не только испытательной линией, но и своеобразной технологической витриной. Даже выбор Абовяна в качестве конечной точки маршрута был не случаен: в этом небольшом городе создавались высокотехнологичные производства, а немалая часть населения относилась к научно-технической интеллигенции.

Ходовая часть.

Нам нужно было «догнать Запад» — в 1984-м в Великобритании запустили первый в мире коммерческий маглев, с жалкой протяжённостью трассы в 600 м, и в том же году в Западной Германии запустили испытательную линию беспилотных маглевов длиной 31,5 км.

У нас были все шансы стать одной из первых стран, создающих и эксплуатирующих маглевы. В 1986-м у нас началось возведение опытной линии длиной 3,2 км. Запуск в эксплуатацию советского маглева был запланировано на 1991 год. Сначала считалось, что вагоны будут перемещаться со скоростью 250 км/ч и перевозить по 64 человека. То есть 16 километров от Еревана до Абовяна маглев должен был пролетать примерно за четыре минуты. Но из-за доступной мощности тяговой электроподстанции, которая должна была питать линию электричеством, максимальную скорость пришлось снизить до 180 км/ч.

В 1987-м ТП-05 даже сняли в фантастической теленовелле «С роботами не шутят».

Увы, но все планы пошли прахом. Через два года после начала строительства линии, в 1988 году произошло Спитакское землетрясение. За полминуты с лица земли был стёрт город Спитак и десятки деревень, под завалами в течение нескольких дней погибло не менее 25 тыс. человек, многие промышленные предприятия лежали в руинах. На восстановление Армении были брошены силы всей страны. Кроме того, в 1987-89-м годах стремительно раскручивался маховик Нагорно-Карабахского конфликта. Какой уж тут маглев… А в 1991-м не стало и СССР.

Но удивительное дело — ТП-05 умудрился пережить 1990-е. Он до сих пор стоит в том же цехе, где его собрали. Его не растащили по частям, не распилили на цветмет. Говорят, так и стоит под полиэтиленовой плёнкой, немного подреставрировать — и хоть сейчас в музей транспорта.

интересное о поездах на магнитном подвесе

В последнее время широкую популярность начал приобретать магнитоплан или Маглев. Это поезд, в конструкции которого присутствует магнитный подвес. Он движется и управляется с помощью магнитных сил. Главное отличие от обычного поезда заключается в том, что при движении поезд не будет касаться поверхности рельс. Между поездом и поверхностью движения присутствует небольшой зазор. Единственной тормозящей силой является сила аэродинамического сопротивления.

Маглев – поезд на магнитном подвесе

Скорость, которую может достигать Маглев достаточно высока. Ее можно сравнить со скоростью самолета. Идея не является новой и была известна достаточно давно. Однако полноценно воплотить ее в жизнь удавалось всего несколько раз. Проблема заключается в том, что Маглев не может использовать существующую транспортную инфраструктуру. Хотя можно встретить проекты, в которых расположение магнитной дороги проходит между обычных рельс. В этой статье вы узнаете интересные факты о поездах, которые работают на магнитном подвесе.

Сведения о поездах

На данный момент можно встретить три технологии магнитного подвеса:

1. На сверхпроводящих магнитах (подвеска EDS).
2. На электромагнитах (подвеска EMS).
3. На постоянных магнитах – это сравнительно новая технология, которая еще не приобрела широкого распространения. По мнению многих экспертов эту технологию можно считать самой экономичной.

Подвеска для Маглева

Состав левитирует за счет отталкивания одинаковых полюсов. Процесс движения осуществляется с помощью линейного двигателя.

Цилиндрический линейный электродвигатель

Линейный электродвигатель – это двигатель, у которого один из элементов магнитной системы разомкнут и имеет развернутую обмотку. Сейчас многие специалисты регулярно изготовляют различные проекты линейных двигателей, но все их можно разделить на две категории:

• двигатели низкого ускорения;
• двигатели высокого ускорения.

Двигатели низкого ускорения будут использоваться только в общественном транспорте (маглев, монорельс, метрополитен). Двигатели высокого ускорения небольшие по своей длине и обычно используются, чтобы быстро разогнать объект до максимальной скорости. Чаще всего их используют для при исследовании гиперскоростных столкновений. Линейные двигатели также активно используют в приводах подачи металлорежущих станков и робототехники. Главной проблемой при проектировании подобных двигателей считается большой вес мощных магнитов.

Конструкция рельс для поезда Маглев

Если изучить теорему Ирншоу, тогда можно сделать вывод, что статичные поля, которые создаются только электромагнитами нестабильны в отличии от диамагнетиков. Диамагнетики – это вещества, которые намагничиваются навстречу направлению действующего на них внешнего магнитного поля. Диамагнетики не имеют магнитного момента и сверхпроводящих магнитов. На сегодняшний день существуют уникальные системы стабилизации: датчики постоянно измеряют расстояние от поезда до пути и соответственно ему будет меняться напряжение на электромагнитах. Передовые разработки в этой области ведет Германия и Япония.

Преимущества и недостатки

К главному преимуществу можно отнести то, что теоретически – это самая высокая скорость, которую можно получить на серийном наземном транспорте. Также поезд едет практически бесшумно. Однако у технологии создания поездов на магнитном подвесе есть и недостатки, к которым относят:

1. Высокая стоимость создания магнитных колей.
2. Вес магнитов достаточно большой.
3. Магнитная подвеска создает электромагнитное поле, которое может оказаться вредным для поездных бригад и местных жителей, которые проживают рядом. По мнению специалистов линии Маглева будут недоступны для людей, которые используют кардиостимуляторы.
4. На высокой скорости необходимо контролировать зазор между колеей и поездом. Для этого нужны быстродействующие системы управления.
5. Потребуется сложная путевая инфраструктура.

Проекты магнитных дорог достаточно разнообразные. Например, Tubular Rail предлагает полностью отказаться от использования рельс.

Реализация

M-Bahn в Берлине

Это первая система Маглев, которая была построена в 1980 году. Дорога имеет длину в 1.6 км и соединяет между собою три станции. Запуск этой дороги состоялся 28 августа 1989 года. На протяжении 9 лет длились испытания. Из-за того, что магнитная дорога перекрывала важный участок метро ее, демонтировали в 31 июля 1991 года.

Бирмингем

Это не скоростной Маглев-челнок. Он ходил от Бирмингемского аэропорта до ближайшей железнодорожной станции с 1984 по 1995 год. Длина трассы составляла всего 600 метров, а высота подвеса 1.5 см. Дорога проработала на протяжении 10 лет. После этого была закрыта по жалобам пассажиров.

Шанхай

Немецкую компанию Transrapid совершенно не отпугнула первая неудача в Берлине. Дочерние предприятия Siemens AG и ThyssenKrup не отказывались от разработки магнитной железной дороги. В результате длительной работы компании получили заказ от китайского правительства на строительство высокоскоростной трассы от Шанхайского аэропорта Пудун до Шанхая.

Высокоскоростной Маглев в Шанхае

Эта дорога была открыта в 2002 году и ее продолжительность составила 30 км. В будущем правительство планирует ее удлинить до старого аэропорта Хунцяо и далее на юго-запад Ханчжоу. После этого ее продолжительность составит 175 километров.

Япония

В Японии испытывается дорога, которая расположилась в окрестностях префектуры Яманаси. Ее строительство происходило по технологии JR-Maglev. В процессе проведения испытаний MLX01-901 с пассажирами удалось добиться скорости в 581 км/час.

К открытию выставки EXPO 2005 в эксплуатацию также была введена еще одна новая трасса, которая имеет протяжность в 9 км и состоит из 9 станций. Поезда, которые работают на этой линии изготовлены компанией Chubu HSST Developmtnt Corp.

Япония запустит поезд на магнитной подушке

Согласно некоторым данным уже в 2025 году Япония планирует запустить скоростной поезд на магнитной подушке. Постройка новой линии и приобретение составов обойдется в 45 миллиардов долларов США. Будущий поезд будет использовать технологию магнитной левитации. За счет этого состав будет парить над линией и не соприкасаться с ней. Благодаря этому скорость значительно увеличится.

По предварительным данным поезда с электромагнитной линией будут достигать скорости в 500 километров в час. Постройкой линии будет заниматься известная компания Central Japan Railway Co.

Мнение экологов WWF неоднозначно. Они сообщают, что самая большая опасность заключается в шумовых загрязнениях. Постоянное пребывание в районе этого шума может вызвать беспокойство и раздражение. Проблем с магнитным излучением, как правило не наблюдается. Это связано с тем, что поезда курсируют на дальние расстояния и через большие временные промежутки.

Изучите также: vse-elektrichestvo.ru/novosti/robotic-cable-inspection-system.html.

Советский поезд на магнитной подушке

Сколько же всего в СССР было изобретено и спроектировано, что мы до сих пор используем эти наработки, а про некоторые только узнаем (как я вот например об этой). То ли времена были такие во всем Мире, то ли страна была такая.

Так же многие привыкли критиковать то, что в СССР планировалось все и вся, Но было и что-то в этом хорошее. В Союзе прекрасно просчитали грядущие транспортные проблемы городов-мегаполисов. И не только городов с большим населением, но и городов, которые географически сильно вытянуты, чья длина составляет сотню и более километров. Это такие города как Волгоград и Кривой Рог. По оценкам 70х годов население в 29 городах Советского Союза должно было превысить миллион, то есть стать городами-миллионерами. И для решения транспортных проблем крупных городов создавались различные институты и бюро. Уже тогда было понятно, что автомобили не очень способны решить транспортную проблему крупного города, а классическое метро дорого и медленно. Считалось, что наряду с совершенствованием традиционных видов передвижения возникла необходимость в создании качественно новых транспортных систем, которые должны быть малошумными, не загрязняющими воздух, экономичными и не создающими дополнительной нагрузки на уличную сеть.

Вот этим требованиям соответствовал последний инновационный проект, доведенный до испытаний, проект транспорта на магнитной подвеске.

Вагон TA-05 – советский поезд на магнитной подушке. Проект транспортного средства, которое должно было работать на электромагнитной системе левитации, разрабатывался в период 1985 – 1986 годов. 25 февраля 1986 года в Подмосковье был проведён первый успешный запуск необычного вагона.

«Наша лаборатория работает над созданием экспериментального пассажирского вагона, который будет двигаться, не касаясь рельсов. Для горизонтального перемещения используется принцип работы линейного трехфазного асинхронного двигателя. Двигаясь с крейсерской скоростью до 250 километров в час, это транспортное средство будет практически бесшумным. Путь его можно поднять на эстакаду над основными магистралями города. Один километр пути будет обходиться в 3—5 раз дешевле, чем метро», говорил в одном из интервью заведующий лабораторией ВНИИПИтранспрогресс А.Чемодуров.

На тот момент был построен 600 метровый скоростной участок в подмосковном Раменском и запланированы участки в Ереване и Алма-Ате.

Планировалось пускать по трассам вагоны по 65 человек, 19 метров длиной каждый и весом в 40 тонн. Крейсерская скорость же вагона равнялась 250км/ч, с перспективой 400 км/ч и выше. Также были планы пускать не отдельные вагоны, а сцепки из нескольких вагонов, то есть полноценных поездов.

Сегодня у нового вида транспорта нет падежного, заинтересованного хозяина. Пока что ни одно транспортное министерство, ни Министарство Гражданской Авиации, ни Министерство Путей Сообщения (ныне РЖД) (магнитоплан — не поезд и не самолет—вот их аргумент), не проявляет интереса к нему. Они даже не являются заказчиками. Между тем для того, чтобы эффективно использовать выделенные правительством немалые средства для перехода от экспериментов к внедрению на новом этапе развития, нужно было объединение сил, скажем, в рамках межотраслевого научно-технического комплекса.

Что особенно удивительно, но проект финансировался исключительно за счет НефтеГазСтроя. К сожалению, планам так и не удалось сбыться, землетрясение в Армении в 1988 году не позволило построить все запланированные участки. Финансирование было сокращено, а после распада СССР и вовсе прекращено. Быстрое, скоростное и свое оказалось никому не нужным.

Кто еще знает какие нибудь подробности про этот проект?

Кстати, ТП-05 успел сняться в кино — в научно-фантастической короткометражке 1987 года «С роботами не шутят», фрагмент которой вам и предлагаю к просмотру.
Смотрите на 01:03:00

[источники]источники
http://anovichkov.msk.ru/?p=1482&singlepage=1
http://grey-croco.livejournal.com/906427.html
http://www.novate.ru/blogs/130315/30409/

А вот еще поезда, узнав про которые я несколько прифигел: вот например Шаропоезд Ярмольчука или например вот такая Гироскопическая железная дорога. А был же еще поезд с пропеллером и поезд с авиационным двигателем

Как работают поезда Maglev | HowStuffWorks

Несмотря на то, что перевозка в Маглеве была впервые предложена более ста лет назад, первый коммерческий поезд в Маглеве не стал реальностью до 1984 года, когда между железнодорожным вокзалом Бирмингема в Великобритании и терминалом аэропорта в Бирмингеме начал действовать низкоскоростной маршрутный автобус Маглев. Международный аэропорт. С тех пор различные маглевские проекты начались, остановились или были заброшены. Однако в настоящее время существует шесть коммерческих линий маглев, и все они расположены в Южной Корее, Японии и Китае.

Тот факт, что системы maglev являются быстрыми, плавными и эффективными, не меняет одного серьезного факта – эти системы невероятно дороги в сборке. В городах США от Лос-Анджелеса до Питтсбурга и Сан-Диего в планах работ по линии маглевских линий, но затраты на строительство транспортной системы Малгев (примерно от 50 до 200 миллионов долларов за милю) были непомерно высокими и в конечном итоге привели к гибели большинства предлагаемых проектов. Некоторые критики Ламбаст Маглев проектирует, как стоило, может быть, в пять раз больше, чем традиционные железнодорожные линии.Но сторонники отмечают, что стоимость эксплуатации этих поездов в некоторых случаях до 70 процентов ниже, чем при использовании технологии поездов старой школы [источники: Hall, Hidekazu и Nobuo].

Не помогает, что некоторые громкие проекты провалились. Администрация Университета Старого Доминиона в Вирджинии надеялась, что супер челноки будут перемещать студентов по кампусу туда и обратно, начиная с осеннего семестра 2002 года, но поезд сделал несколько пробных заездов и никогда не приближался к 40 милям в час (64 км / ч). Скорости это обещали.В 2010 году железнодорожные станции были окончательно демонтированы, но часть системы повышенной железнодорожной колеи все еще стоит, что является свидетельством отказа в 16 миллионов долларов [источник: Кидд].

Но другие проекты сохраняются. Одна амбициозная группа хочет построить 40-километровый (64-километровый) отрезок от Вашингтона до Балтимора, и у этой идеи есть много сторонников, но ожидается, что стоимость проекта составит до 15 миллиардов долларов. Непомерный ценник концепции может показаться смешным практически везде в мире, но душераздирающий тупик этого региона и ограниченное пространство означают, что городские планировщики и инженеры нуждаются в инновационном решении, и сверхбыстрая система maglev может быть лучшим вариантом.Ключевой момент продажи – расширение этого проекта может соединить Вашингтон с Нью-Йорком и сократить время в пути до 60 минут, что приведет к быстрой поездке на работу, которая может преобразовать торговлю и поездки на северо-восток [источники: Лазо, северо-восток Маглева].

В Азии, тем не менее, маглевский бум уже начался. Япония лихорадочно работает над маршрутом Токио-Осака, который может открыться к 2037 году. Когда он завершится, поезд сократит почти трехчасовую поездку до 67 минут [источник: Reuters].

Китай серьезно рассматривает десятки потенциальных маршрутов Маглев, все они в перегруженных районах, которые требуют большой пропускной способности общественного транспорта. Это не будут скоростные поезда. Вместо этого они будут перемещать множество людей на короткие расстояния на более низких скоростях. Тем не менее, Китай производит все свои собственные технологии maglev и собирается представить коммерческую линию maglev третьего поколения с максимальной скоростью около 125 миль в час (201 км / ч) и – в отличие от предыдущих версий – полностью без драйверов, полагаясь вместо этого на компьютерные датчики. Ускорение и торможение (В стране уже есть несколько поездов на магнитной подвеске, но им нужен водитель.) [источник: Вонг].

Невозможно точно знать, как маглевы будут фигурировать в будущем человеческого транспорта. Достижения в области самостоятельного вождения автомобилей и авиаперелетов могут усложнить развертывание линий маглев. Если отрасли гипер-петли удастся создать импульс, это может нарушить все виды транспортных систем. И некоторые инженеры подозревают, что даже летающие автомобили, хотя и невероятно дорогие, могут в будущем превзойти железнодорожные системы, потому что им не нужны масштабные инфраструктурные проекты, чтобы оторваться от земли.

Возможно, всего через десятилетие или два страны всего мира вынесут приговор по поездам Маглев. Может быть, они станут опорой скоростных путешествий или просто проектами для домашних животных, которые обслуживают лишь фрагменты определенных групп населения в многолюдных городских районах. Или, может быть, они просто исчезнут в истории, почти волшебной форме технологии левитации, которая просто никогда не взлетела.

Maglev: Поезда с магнитной левитацией | Руководство по проектированию в области электротехники и вычислительной техники

Поезда Маглева используют магнетизм, чтобы подняться над путями, по которым они движутся. Они быстрее, эффективнее и экологичнее современных колесных поездов. Вполне возможно, что однажды технологии маглев станут обычным явлением во всем мире. В этой статье рассматривается история этих поездов, как они работают, а также их преимущества и недостатки. В нем также обсуждается важность электротехники в развитии maglev, и как инженеры-электрики могут сделать эту технологию следующей транспортной революцией.

Представьте себе поезд без колес. Вместо того, чтобы катиться по дорожке, он тихо плавает над поверхностью и плавно скользит от места назначения к месту назначения, даже не касаясь рельса. Это может звучать как научная фантастика, но примеры этой технологии уже существуют во многих местах в мире. Они известны как maglev поездов (происходит от термина mag netic lev itation). Эти футуристические локомотивы предлагают много новых и интересных возможностей для путешествий.Они могут быть более быстрыми, безопасными и энергоэффективными, чем обычные транспортные системы. Несмотря на то, что таких поездов на сегодняшний день немного, они представляют собой очаг исследований в области электротехники. В результате, maglev может быть обычным делом раньше, чем вы думаете.

История Маглева

Фундаментальные идеи, лежащие в основе технологии маглев, можно проследить до начала 20-го века. Много работы ушло на то, чтобы заложить основу для этих поездов, включая разработку электродвигателей и исследования в области магнетизма.Несколько ученых, а именно Роберт Годдард и Эмиль Бачелет, даже осмелились предложить транспортное средство, которое будет плавать с помощью магнитов (Yadav, 2013). В 1934 году немец по имени Герман Кемпер получил патент на первую концепцию магнитного, левитирующего поезда (Yadav, 2013). Лишь в 1960-х годах идея действительно начала проявляться. В это время Германия и Япония начали исследовать потенциал Маглева. В течение 70-х и 80-х годов обе страны добились больших успехов в разработке этих поездов.Германия построила и протестировала ряд прототипов систем Маглев и назвала их проект TransRapid (рисунок 1). Поезда достигли скорости более 250 миль в час (402 км / ч) на испытательном треке (Luu, 2005). Япония также провела испытания двух серий собственных разработок, названных ML-500, а затем MLU. Их поезда были способны превышать 300 миль в час (483 км / ч) (Luu, 2005).

Рисунок 1

Transrapid в испытательном центре в Германии недалеко от Бремена. Источник: © Stahlkocher / CC BY-SA 3.0

Япония продолжила развитие своей технологии маглев в 90-е годы и далее.Они протестировали новую серию MLX, которая разогналась до 350 миль в час (563 км / ч) в 2003 году (Yadav, 2013). В стране не было установлено коммерческих линий, но они все еще проводят исследования. В Германии коммерческая линия TransRapid, соединяющая Берлин и Гамбург, была предложена в 1992 году. Однако в 2000 году правительство закрыло проект (Luu, 2005). Однако не все было потеряно, поскольку китайцы обратили на это внимание и поручили немцам построить поезд TransRapid в Шанхае. Шанхай Маглев (рис. 2), появившийся в результате этого предприятия, в настоящее время является единственным высокоскоростным поездом в стиле маглев в коммерческом использовании.Он перевозит пассажиров на расстояние 19 миль (30 км) за 8 минут, развивая максимальную скорость более 250 миль в час (431 км / ч) (Coates, 2004). Таким образом, Китай быстро стал крупным игроком на мировом рынке маглев. Страна планирует продолжить развитие своей маглевской инфраструктуры.

Рисунок 2

Шанхай Маглев покидает международный аэропорт Пудун с железнодорожной картой Шанхайской транзитной карты, показывающей маршрут до Луньян-роуд. Источники коллажей: © Alex Needham / Public Domain and Metropedia

Как это работает?

Поезда Маглева не имеют колес или рельсов.Как показано на рисунке 3, у них есть направляющие, и они плавают по этим направляющим, даже не касаясь их.

Рисунок 3

Сравнение рельсовых колес и направляющих. Источник: Автор, полученный от Ли (2006).

Есть три важных части для достижения функциональности maglev: левитация, движение и руководство (как показано ниже).

Рисунок 4

Левитация, движение и руководство в maglev. Источник: Автор, полученный от Ли (2006).

Левитация

Левитация – это способность поезда оставаться подвешенным над рельсом. Существует два важных типа технологии левитации:

• Электромагнитная подвеска (EMS): EMS (рис. 5) использует силу притяжения электромагнитов, расположенных на направляющей и в поезде, для достижения левитации. Преимущества этого метода в том, что он проще в реализации, чем электродинамическая подвеска (обсуждается ниже), и что он поддерживает левитацию при нулевой скорости.Недостатки в том, что система по своей природе нестабильна. На высоких скоростях становится трудно поддерживать правильное расстояние между поездом и направляющей. Если это расстояние не может быть сохранено, поезд не сможет левитировать и остановится. Чтобы учесть это, EMS требует сложных систем контроля обратной связи, чтобы гарантировать, что поезд всегда стабилен (Lee, 2006).

Рисунок 5

Электромагнитная подвеска (ЭМС). Использует привлекательные магнитные силы.Источник: Автор, полученный от Ли (2006).

• Электродинамическая подвеска (EDS): EDS (рис. 6) использует силу отталкивания (сверхпроводящих) магнитов, расположенных на направляющей и на поезде, для достижения левитации. Магниты движутся мимо друг друга во время движения поезда и генерируют силу отталкивания. Преимущества этого метода в том, что он невероятно стабилен на высоких скоростях. Поддержание правильного расстояния между поездом и направляющим не является проблемой (Lee, 2006). Недостатки заключаются в том, что необходимо набрать достаточную скорость, чтобы поезд вообще мог левитировать.Кроме того, эта система намного сложнее и дороже в реализации.

Рисунок 6

Электродинамическая подвеска (ЭДС). Использует отталкивающие магнитные силы. Источник: Автор, полученный от Ли (2006).

г.

Привод – это сила, которая движет поезд вперед. Маглев использует электрический линейный двигатель для достижения тяги. Обычный электрический вращающийся двигатель использует магнетизм для создания крутящего момента и вращения оси. Он имеет неподвижный элемент, статор, который окружает вращающийся элемент, ротор.Статор используется для генерации вращающегося магнитного поля. Это поле вызывает вращательную силу на роторе, которая заставляет его вращаться. Линейный двигатель – это просто развернутая версия этого (см. Рисунок 7). Статор лежит ровно, а ротор лежит над ним. Вместо вращающегося магнитного поля статор генерирует поле, которое перемещается по его длине. Точно так же вместо вращающей силы ротор испытывает линейную силу, которая тянет его вниз к статору. Таким образом, электрический линейный двигатель непосредственно производит движение по прямой линии.Однако этот двигатель может создавать усилие, только когда ротор находится над статором. Как только ротор достиг конца, он останавливается.

Рисунок 7

Роторный двигатель против линейного двигателя. Источник: Автор, полученный от Ли (2006).

При описании линейного двигателя стандартом является использование термина «первичный» вместо «статор» и «вторичный» вместо «ротор». В поездах MAGLEV, вторичный прикреплен к нижней части вагонов, а основной находится в направляющей.Таким образом, магнитное поле направляется по направляющей, и оно тянет за собой поезд. Таким образом, вся длина пути Маглев может считаться частью двигателя поезда. Система, которая была описана до настоящего времени, представляет собой линейный асинхронный двигатель (LIM). Это так называется, потому что магнитное поле в первичном индуцирует магнитное поле во вторичном. Именно взаимодействие между исходным полем и индуцированным полем вызывает вторичную тягу. Однако в этой конфигурации вторичное устройство всегда несколько отстает от движущегося поля в первичном.Это отставание является источником потери энергии и скорости. В линейном синхронном двигателе (LSM) отставание устраняется путем прикрепления постоянных магнитов к вторичному устройству. Поскольку вторичное устройство теперь создает свое собственное стационарное магнитное поле, оно движется вниз по первичному элементу синхронно с движущимся полем – отсюда и название этого варианта двигателя (Gieras, 2011). Поскольку LSM быстрее и эффективнее, они являются предпочтительным двигателем в высокоскоростных поездах maglev (Lee, 2006).

Руководство

Руководство – это то, что удерживает поезд в центре над направляющей.Для высокоскоростного маглева для этого используются отталкивающие магнитные силы (рис. 8). В TransRapid на поезде с обеих сторон направляющей установлены две электромагнитные направляющие. Эти рельсы не позволяют поезду двигаться слишком далеко от курса (Lee, 2006). В MLX руководство связано с системой левитации. Рельсы для левитации по обе стороны поезда связаны друг с другом. Благодаря этому соединению, когда поезд движется ближе к одной стороне, возникает сила восстановления, которая толкает его обратно к центру.Таким образом, MLX одновременно левитируется и направляется (Lee, 2006).

Рисунок 8

Система наведения Transrapid и MLX. Оба используют отталкивающие магниты. Источник: Автор, полученный от Ли (2006).

Преимущества Маглева

Самая очевидная привлекательность поездов Маглев – это то, что они могут двигаться быстрее, чем традиционные железнодорожные поезда. Единственный коммерческий скоростной Маглев, Шанхай Маглев, в настоящее время является самым быстрым из существующих поездов. Он движется со скоростью более 50 миль в час (80 км / ч) быстрее, чем самая быстрая высокоскоростная колесная шина (Hayabusa , 32087 км / ч, 2013 г.).И это только первое. Отсутствие трения между поездом и направляющей устраняет многие ограничения, которые связывают традиционные поезда. Отсюда Маглев станет быстрее (Луу, 2005). Есть и другие, более тонкие качества, которые также делают маглев привлекательным:

• Долговечность: Обычные колеса и рельсы со временем испытывают большие нагрузки. Их необходимо периодически заменять и ремонтировать, чтобы они оставались работоспособными. В Маглеве нет контакта между поездом и направляющей, поэтому значительно меньше износа.Благодаря этому факту срок службы деталей из маглевских изделий значительно больше (Пауэлл, 2003). С экономической точки зрения это довольно стимул, поскольку ремонт и техническое обслуживание являются дорогостоящими и трудоемкими видами деятельности.
• Безопасность: Может показаться нелогичным, что эти поезда безопаснее, поскольку они движутся намного быстрее, чем их колесные аналоги. Это правда, тем не менее. Поезда Маглева почти невозможно сорвать (Luu, 2005). Чтобы расцепить поезд со своего пути, понадобится что-то вроде полного провала путепровода.Кроме того, погода не является большой проблемой. Поскольку поезда не зависят от трения при движении, снег, лед и дождь практически не дают эффекта (Luu, 2005). Наконец, легко поднять направляющие. Если поезда движутся по железнодорожным путям на высоте 10 футов над землей, вероятность столкновения с объектом на его пути меньше (Luu, 2005).
• Энергоэффективность: Еще одним преимуществом левитации является то, что эти поезда не теряют энергию на трение. Это дает им преимущество в эффективности (Wang 2010).Потребление энергии имеет важное значение для успеха транспортной системы. Большая часть эксплуатационных расходов идет на оплату электроэнергии. Поэтому это преимущество в эффективности очень важно. Однако, хотя поезда Маглев более эффективны, в настоящее время они не намного эффективнее, чем современные высокоскоростные поезда. Они, тем не менее, имеют потенциал быть намного выше в этой категории.
• Воздействие на окружающую среду: Поезда Маглева могут делать более крутые повороты, чем высокоскоростные рельсы.Это позволяет строить направляющие, которые могут намного лучше ориентироваться на местности (Wang 2010). Пути могут быть спроектированы так, чтобы как можно меньше влиять на окружающую среду. Направляющие также занимают меньше места, чем рельсы (Wang 2010). Это дополнительно снижает воздействие на окружающую среду. И, как отмечалось ранее, направляющие легко поднимаются над землей (Luu, 2005). Как растения, так и животные безопаснее, когда поезд движется над ними, а не рядом с ними.
• Загрязнение шума: При рассмотрении транспортного проекта шум (в разумных пределах) не столь важен, как экономия или безопасность.Тем не менее, снижение шума все еще считается положительным моментом. Поезда Маглева тише, чем современные поезда, так что это еще один момент в их пользу (Wang, 2010).

Недостатки Маглева

Несмотря на то, что есть много положительных сторон, все еще есть причины, по которым поезда Маглев строятся не везде. Возможно, самая главная причина в том, что рельсы Маглев не совместимы с существующей железнодорожной инфраструктурой. Любая организация, пытающаяся внедрить систему maglev, должна начинать с нуля и создавать совершенно новый набор треков.Это предполагает очень высокие начальные инвестиции (Coates, 2004). Несмотря на то, что путеводители со временем обходятся дешевле, чем рельсы (Пауэлл, 2003), трудно оправдать расходы на авансом. Еще одна проблема заключается в том, что поезда Маглева движутся быстро, но они могут путешествовать недостаточно быстро. Страны с высокоскоростными рельсами уже не хотят тратить миллиарды долларов на внедрение системы, которая лишь незначительно лучше существующего решения. Рынок этих поездов на данный момент не очень большой.Трудно оспорить, что эти поезда превосходят стандартные. В любом случае, необходимо проделать еще большую работу, прежде чем их стоит применять по всему миру.

Электротехника в Маглеве

Начиная с парового двигателя, поезда традиционно были в области машиностроения. Все они были двигателями и осями, колесами и двигателями. Однако внедрение технологии маглев нарушило эту традицию. Для разработки этих поездов потребовался вклад из различных областей, помимо машиностроения, включая физику и химию.Но самое главное, что он привел инженеров-электриков к столу. С самого начала инженеры-электрики были основными участниками разработки технологии maglev. Эрик Лэйтуэйт, инженер-электрик, разработал первый линейный асинхронный двигатель, важный и необходимый предшественник поездов Маглев. Герман Кемпер, которого многие считают отцом Маглева, был также инженером-электриком. Немецкие и японские инженеры-электрики работали над созданием программ маглев в своих странах.И сегодня инженеры-электрики делают технологию лучше и лучше, чтобы она могла обратиться к странам всего мира. У поездов Маглева на удивление мало движущихся частей. Они все об электрических токах, магнитах и ​​проволочных петлях. Некоторые важные темы в этой области – это электромагнитные поля и волны, теория цепей, системы управления с обратной связью и энергетика. Все это подпадает под экспертизу инженеров-электриков. Поэтому именно инженеры-электрики должны решать самые большие проблемы, с которыми сталкивается эта технология.Поезда должны быть сделаны быстрее и более энергоэффективными. Все это время они должны находиться в пределах безопасности. Направляющие должны быть дешевле, проще в применении и, возможно, более совместимы с существующими рельсами. Системы управления должны быть безупречными. Все эти и другие вопросы требуют от инженера-электрика разгадать их ответы.

Будущее Маглева

Технология

Maglev дает большие перспективы на будущее. Он может стать более дешевым, быстрым, безопасным и экологичным видом транспорта, чем мы имеем сегодня.И с помощью некоторых инженеров-электриков, это станет все эти вещи. Существуют возможные применения этой технологии во всем, от междугороднего общественного транспорта до поездок по стране. Есть даже предложения построить длинные подземные трубы, высосать воздух из труб и поместить в них поезда маглев. При такой настройке практически не будет сопротивления ветра, поэтому поезд может легко достигать скоростей, превышающих скорость звука (Торнтон, 2007). Хотя может пройти много времени, прежде чем эта технология станет распространенной, трудно отрицать, что в какой-то момент она будет распространена.Преимущества слишком трудно игнорировать. На данный момент используется только один коммерческий поезд Маглев, и он уже затмил все, что было до него. Как эта технология будет развиваться и совершенствоваться по мере нашего продвижения в будущее? Время покажет. Но весьма вероятно, что мы сейчас стоим на краю транспортной революции. Я, например, с нетерпением жду возможности скользить по сельской местности на скорости 300 миль в час в левитирующей коробке с магнитами.

• км / ч Hayabusa соответствует мировому рекорду скорости.(2013, 17 марта). The Japan Times . Получено с http://www.japantimes.co.jp/news/2013/03/17/national/320-kph-hayabusa-matches-world-speed-record
• Coates, K., Antlauf, W. & Bernardeau, F. (2004). Fast Track . Североамериканский транспортный институт им. Маглева. Получено с http://namti.org/published-articles/articles/civil-engineering/fast-track/
• Gieras, J., Piech, Z. & Tomczuk, B. (2011). Линейное синхронное движение (2-е издание).Бока-Ратон, Флорида: CRC Press. OCLC WorldCat Постоянная ссылка: http://www.worldcat.org/oclc/526111254
• Lee, W., Kim, K. & Lee, J. (2006). Обзор Maglev Train Technologies. IEEE Труды по магнетике, 42 (7), 1917-1925. DOI: 10.1109 / TMAG.2006.875842
• Luu T. & Nguyen D. (2005). Маглев: поезд будущего . Университет Питтсбурга Школа Свансон Инженерная. Получено с http://www.teslasociety.com/ttrain.doc
• Пауэлл, Дж.& Danby, G. (2003). Новый вид транспорта для XXI века. 21th Century Science & Technology Magazine (лето 2003), 43-57. Получено с http://www.21stcenturysciencetech.com/articles/Summer03/maglev2.html
• Торнтон Р. (2007). Будущее Маглева . Документ, представленный на Международной конференции по электрическим машинам и системам, Сеул, Южная Корея. Пискатауэй, Нью-Джерси: IEEE. Получено с http://ieeexplore.ieee.org/xpls/icp.jsp?arnumber=4412045
• Ван, C.& Zong, G. (2010). Сравнительное исследование по устойчивому развитию Маглева и высокоскоростного колесного рельса . Документ, представленный на ICCTP 2010: Интегрированные транспортные системы, Пекин, Китай. DOI: 10.1061 / 41127 (382) 20
• Ядав М., Мехта Н., Гупта А., Чаудхари А. и Махиндру Д. В. (2013). Обзор магнитной левитации (MAGLEV): технология для движения транспортных средств с магнитами. Глобальный журнал исследований в области машиностроения: машиностроение и машиностроение, 13 (7), 29-42.Получено с http://engineeringresearch.org/index.php/GJRE/article/view/858

,

Японский поезд Маглев: самый быстрый в мире сверхскоростной пассажирский экспресс

Представьте, что вы мчитесь по японской сельской местности с удивительной скоростью. Колеса вашего автомобиля даже не касаются земли. На самом деле, вы плывете! Этот сказочный опыт скоро станет реальностью благодаря знаменитым японским сверхскоростным пассажирским экспрессам Maglev, самым быстрым поездам в мире .

Япония уже хорошо известна своей обширной системой поездов Синкансэн, которая действует с 1964 года. Однако самые быстрые поезда в мире, однако, через несколько коротких лет отойдут на задний план от Маглева.

Как работают поезда Maglev

SC Maglev, или сверхпроводящие магнитные поезда, были разработаны Центральной Японской железнодорожной компанией и Институтом технических исследований железных дорог, начиная с 1970-х годов. Поезда Маглева работают по принципу магнитного отталкивания между вагонами и колеей. Слово Маглев на самом деле является комбинацией слов «магнитный» и «левитация». Магнитная левитация или плавание поезда достигается за счет использования электродинамической системы подвески, или ЭЦП.

Рельсы или направляющие содержат два набора поперечно соединенных металлических катушек, намотанных по схеме «восьмерка» для формирования электромагнитов. На самом поезде сверхпроводящих электромагнитов , называемых тележками. При остановке поезд опирается на резиновые колеса. Чтобы начать движение, поезд медленно движется вперед на этих колесах, позволяя магнитам под поездом – взаимодействовать с магнитами направляющей . Как только поезд достигает 150 километров в час (93 мили в час), магнитная сила становится достаточно сильной, чтобы поднять поезд на 100 миллиметров (4 дюйма) над землей, устраняя трение для обеспечения все более высоких скоростей.

Те же самые магнитные силы, которые поднимают поезд, также перемещают его вперед и удерживают его в центре направляющей. Это та же технология, что и Hyperloop от Tesla, которая делает поездку плавной, а поезд исключительно безопасным .

Японский прототип сверхскоростного пассажирского экспресса Маглев

Максимальная скорость

Какая максимальная скорость поезда Маглев? В апреле 2015 года сверхпроводящий пилотируемый поезд Маглева побил два предыдущих рекорда наземной скорости для железнодорожных транспортных средств. Поезд работал со скоростью 603 километра в час, или 375 миль в час .Это намного быстрее, чем поезда Maglev, уже работающие в Шанхае, Китае и Южной Корее, которые работают со скоростью от 268 до 311 миль в час и 68 миль в час соответственно.

Поезд Маглев также превысил предыдущие мировые рекорды скорости Синкансэн в испытаниях на испытательном треке Миядзаки. Большинство поездов Синкансэн работают со скоростью около 500 километров в час (от 200 до 275 миль в час). По мере разработки и внедрения новых технологий будущие поезда могут достигать еще больших скоростей.

Знаете ли вы? За шестьдесят лет эксплуатации на скоростных железнодорожных линиях Японии произошло 100 несчастных случаев со смертельным исходом, что делает их одним из самых безопасных видов транспорта в мире. Служба Маглева намерена вести эту безупречную запись.

Японский железнодорожный маршрут Маглев

В 2009 году система Маглев была утверждена и вступила в коммерческое строительство. Линейная линия Чуо Синкансэн планируется соединить Токио и Нагойю к 2027 году . Ожидается, что поездка займет всего за сорок минут – быстрее, чем либо перелет между двумя городами, либо поездка на полтора часа по текущей линии Токайдо, доступной с Японским железнодорожным пропуском.Предлагаемый маршрут будет включать остановки на станциях в Синагаве, Сагамихара, Кофу, Иида и Накацугава.

Первоначальная цель проекта Маглева состояла в том, чтобы создать поезд, который мог бы пройти маршрут от Токио до Осаки менее чем за один час . Это будет достигнуто, когда линия Маглев будет протянута от Нагои до Осаки, которая, как ожидается, будет введена в эксплуатацию к 2045 году .

Восемьдесят процентов из 286 километров (177 миль) пути сверхскоростного пассажирского экспресса Маглева будут , расположенными под землей , проходящей под городской застройкой и гористой местностью.Ожидается, что проект будет стоить эквивалент 55 миллиардов долларов.

После завершения поезд будет включать в себя шестнадцать вагонов , способных вместить тысячу пассажиров. В настоящее время публике было предложено принять участие в тестах Маглева . Туристы могут посетить SC Maglev Parkway в Нагое или префектуре Яманаси Maglev, недалеко от города Оцуки, чтобы узнать больше и посмотреть тестовые прогоны Maglev.

Закажите железнодорожный билет в Японию прямо сейчас

Chuo Shinkansen

Chuo Shinkansen (или объездной 9003 Tokaido Shinkansen Bypass ) – это новая железнодорожная линия, которая соединит с Токио и Нагоя .Он строится поэтапно и будет использовать передовую технологию Maglev (магнитная левитация).

После завершения линия обеспечит более прямую линию между двумя городами и сократит время в пути примерно на 50% (до 40 минут) по сравнению с текущей линией Tokaido Shinkansen. Маршрут будет продлен до Осаки , как только проект будет выполнен – ​​весь путь займет всего 67 минут .

Пассажиры смогут получить билеты на новую линию в 2027 году .Поезда будут двигаться с максимальной скоростью 505 км / ч. (мировой рекорд 603 км / ч).

Маршрутная карта первоначально будет включать 6 станций : станция Синагава, станция Нагоя и префектуры Канагава, Яманаси, Нагано и Гифо. Он будет включать 256,6 км тоннелей , 11,3 км мостов и 4,1 км железнодорожных путей .

Центрально-японская железнодорожная компания (JR Central) осуществляет надзор за проектом, стоимость которого оценивается в 5.52 трлн иен ($ 52 млрд) . Они заказали 14 новых поездов Маглевской серии L0 (ноль L) , которые в настоящее время проводят испытания на дальние расстояния на испытательной линии Яманаси Маглева.

Будущее скоростных поездов

Маглев может иметь текущие мировые рекорды, но у него будут свои конкуренты. Премьер-министр Японии Синдзо Абэ предложил продать эту технологию Соединенным Штатам, чтобы построить линию Маглев между Нью-Йорком и Вашингтоном .

В то же время ведутся работы по линии поезда Hyperloop из Лос-Анджелеса в Сан-Франциско, штат Калифорния, США, которая может развивать скорость свыше 700 миль в час.В то же время надежды японцев и туристов на скоростные трассы лежат прямо на линии Чуо Синкансэн Маглев.

Похожие сообщения

.

Останови поезд! Магнитные тормоза для поезда Maglev

Убедитесь, что в вашем браузере включен JavaScript. Если вы оставите JavaScript отключенным, вы получите доступ только к части контента, который мы предоставляем. Вот как.

Области науки	Физика
Сложность
Время, необходимое	Очень короткий (≤ 1 день)
Предпосылки	Внимание к деталям и терпение необходимы для этого проекта.После сборки вам нужно будет внести коррективы, чтобы она работала идеально. Поезд плывет над рельсами хорошо, когда все аккуратно выстроено.
Доступность материалов	Требуются специальные материалы. Смотрите раздел Материалы.
Стоимость	Низкий ($ 20 – $ 50)
Безопасность	Храните магниты подальше от маленьких детей и домашних животных, которые могут их проглотить.

Аннотация

Знаете ли вы, что вы можете использовать магниты, чтобы построить поезд, который плавает над его путями? В этом проекте вы также будете использовать магниты для остановки поезда, чтобы он не врезался в конец пути. Поможет ли добавление магнитов, чтобы поезд быстрее останавливался?

Цель

Измерьте, как количество «тормозов» магнита меняет тормозной путь для поезда, спускающегося по склону.

Поделитесь своей историей с друзьями по науке!

Да, Я сделал этот проект! Пожалуйста, войдите (или создайте бесплатную учетную запись), чтобы сообщить нам, как все прошло.

Планируете ли вы сделать проект от друзей науки?

Вернитесь и расскажите нам о своем проекте, используя ссылку «Я сделал этот проект» для выбранного вами проекта.

Вы найдете ссылку «Я сделал этот проект» в каждом проекте на веб-сайте Science Buddies, поэтому не забудьте поделиться своей историей!

Кредиты

Бен Финио, доктор наук, научный сотрудник

Цитировать эту страницу Общая информация о цитировании предоставляется здесь.Обязательно проверьте форматирование, включая использование заглавных букв, для метода, который вы используете, и при необходимости обновите цитату.

MLA Style

Финио, Бен. «Остановите поезд! Магнитные тормоза для поезда Маглева». друзей науки , 23 июня 2020 года, https://www.sciencebuddies.org/science-fair-projects/project-ideas/Phys_p105/physics/maglev-train-magnetic-brakes. Доступ 2 августа 2020 г.

APA Style

Финио, Б. (2020, 23 июня). Останови поезд! Магнитные тормоза для поезда Маглева. Полученное из https://www.sciencebuddies.org/science-fair-projects/project-ideas/Phys_p105/physics/maglev-train-magnetic-brakes

Дата последнего редактирования: 2020-06-23

Введение

Поезд без колес звучит безумно? Как мог поезд двигаться по рельсам без колес? Поезда, которые парят чуть выше рельсов, на самом деле возможны из-за магнитной левитации или Маглев для краткости.Эти поезда используют мощные магниты , чтобы оставаться в воздухе. Магниты генерируют магнитное поле . Это магнитное поле может толкать или притягивать другие близлежащие магниты или генерировать силу . То, будут ли магниты толкать или тянуть, зависит от направления, в котором магнитные полюса направлены на (см. Учебное пособие по электричеству, магнетизму и электромагнетизму, чтобы узнать больше).

В случае поезда Маглева магниты расположены таким образом, что эта магнитная сила используется для толкания поезда весом .Вес – это сила, которая притягивает объект к Земле из-за гравитации . . Если магнитная сила достаточно велика, она может преодолеть вес поезда и поднять его в воздух! На рисунке 1 показана схема сил, действующих на поезд Маглева, который вы будете строить в этом проекте.

Рисунок 1. Схема поперечного сечения поезда Маглева. У поезда есть два магнита на дне. Эти магниты давят на два магнита, которые образуют дорожки.Если сила от магнитов достаточно велика, поезд будет плыть в воздухе над рельсами.

В этом проекте вы построите поезд Маглев с дополнительным испытанием, заставляя поезд останавливаться, когда он достигает конца пути. Вы наклоните путь под углом, чтобы поезд мог скользить вниз по склону. Вы положите магнит на конец поезда и создадите магнитную «пробку», чтобы поезд не соскользнул с конца пути без столкновения. Поможет ли добавление большего количества магнитов в пробку, поезд остановится раньше? Попробуйте этот проект, чтобы узнать!

Термины и Понятия

• Магнитная левитация
• Маглев
• Магнит
• Магнитное поле
• Force
• Магнитные столбы
• Вес
• Гравитация

Вопросы

• Что такое магнит?
• Какие бывают виды магнитов?
• Что такое магнитные полюса?
• Когда магнит толкает (отталкивает) или притягивает (притягивает) другой магнит?
• Как магнитная сила изменяется с расстоянием? Другими словами, если вы увеличите расстояние между магнитами, они будут притягивать (или отталкивать) друг друга больше или меньше?

Библиография

Для помощи в создании графиков, попробуйте этот веб-сайт:

• Национальный центр статистики образования, (н.д.). Создать график . Получено 25 июня 2020 г.

Лента новостей на эту тему

Примечание: Компьютеризированный алгоритм сопоставления предлагает вышеупомянутые статьи. Он не такой умный, как вы, и иногда может давать юмористические, смешные или даже раздражающие результаты! Узнайте больше о новостной ленте

Материалы и оборудование

Примечание: указанные здесь размеры соответствуют материалам, указанным в процедуре.Вы можете использовать детали с разными размерами, но вам необходимо соответствующим образом отрегулировать расстояние для вашего поезда (см. Процедуры на рисунках 3 и 4). Материалы для этого проекта доступны онлайн или в магазине.

• Магнитная лента шириной 1/2 дюйма, разрезанная на две 24-дюймовые части и две 5-дюймовые части
• Угловые пластмассовые детали под углом 90 ° (2), длиной 24 “и шириной 3/4”. Доступно онлайн или в магазине.
• Деревянный блок, 5 “× 3/4” × 1-1 / 2 “(примечание: кусок дерева, указанный как 1” × 2 “в хозяйственном магазине, имеет фактические размеры 3/4” × 1-1 / 2 “)
• Плоский кусок дерева или гофрокартона, длиной не менее 24 “и шириной 3”
• Прямоугольные магниты (5), примерно 1 “× 3/4” × 3/16 “.См. Рисунок 8 для определения размера относительно деревянного блока.
• Прозрачная лента
• Прозрачная двусторонняя лента
• Двусторонняя пенопластовая лента
• Карандаш
• Ножницы
• Линейка
• Несколько книг
• Лабораторный блокнот

Отказ от ответственности: Science Buddies участвует в партнерских программах с Инструменты домашней науки, amazon.com, Каролина Биологическая, и Jameco Electronics. Доходы от партнерских программ помогают поддерживать Science Buddies, 501 (c) (3) общественная благотворительность, и держать наши ресурсы бесплатными для всех.Нашим главным приоритетом является обучение студентов. Если у вас есть какие-либо комментарии (положительные или отрицательные), касающиеся покупок, сделанных вами для научных проектов, на основе рекомендаций на нашем сайте, сообщите нам об этом. Напишите нам по адресу [email protected].

Экспериментальная процедура

Создай свой поезд

Это видео и следующие письменные инструкции покажут вам, как собрать свой поезд. Внимание к деталям и терпение необходимы для этого проекта. После сборки вам нужно будет внести коррективы, чтобы она работала идеально. Поезд плывет над рельсами хорошо, когда все аккуратно выстроено. См. FAQ, если у вас возникли проблемы с поездом на работу.

Инструкция по сборке вашего поезда Маглев.

1. Снимите бумагу с двух коротких магнитных полос и прикрепите их к одной стороне деревянного блока, как показано на рисунке 2. Края полос должны совпадать с краем блока. Этот блок будет вашим вагоном. Примечание: если магнитные полоски недостаточно липкие, чтобы самостоятельно прилипать к дереву, используйте прозрачную двустороннюю ленту.

Рисунок 2. Магнитные полосы прикреплены к деревянному блоку.

2. Отрежьте кусок дерева или картона не менее 24 “в длину и 3” в ширину. Это послужит основой для вашего железнодорожного пути.
3. Используя одну из длинных пластиковых уголков в качестве линейки, нарисуйте пять линий в длину на основании, как показано на рисунке 3.
   1. Нарисуйте центральную линию вниз по центру основания.
   2. Нарисуйте одну линию по 5 мм с каждой стороны от средней линии.
   3. Нарисуйте одну линию по 20 мм с каждой стороны от средней линии.

Рисунок 3. Размеры линий, которые вы будете рисовать на своей базе.

4. Прикрепите длинные магнитные полоски и пластиковые уголки к основанию, как показано на рисунках 4 и 5. Обратите особое внимание на расстояние, которое важно для правильной работы поезда.
   1. Снимите бумагу с длинных магнитных полос. Аккуратно разместите их на основании, чтобы их внутри ребер совпали с линиями на расстоянии 5 мм от вашей центральной линии, чтобы полосы были на расстоянии 10 мм друг от друга.Примечание: если магнитные полоски недостаточно липкие, чтобы самостоятельно прилипать к основанию, используйте прозрачную двустороннюю ленту. Убедитесь, что вы плотно прижали, чтобы они закрепились на месте.
   2. Используйте двустороннюю клейкую ленту, чтобы прикрепить пластиковые уголки к основанию так, чтобы их внутри ребер совпали с линиями на расстоянии 20 мм от центральной линии, чтобы они были на расстоянии 40 мм друг от друга.

Два пластиковых уголка размещены параллельно друг другу на картонном листе с зазором 40 мм между ними.Две магнитные полосы также размещены параллельно между пластиковыми деталями и должны иметь зазор 10 миллиметров.

Рисунок 4. Вид поперечного сечения промежутка для магнитных полос и пластиковых уголков.

Рисунок 5. Изображение законченного трека.

5. Поставьте поезд на колею магнитными полосами вниз. Он должен висеть параллельно дорожкам, как показано на рисунке 6, и вы сможете перемещать его вперед и назад, не застревая.Если ваш поезд не зависает, как показано на рисунке 6, обратитесь к FAQ для получения информации об устранении неполадок.

Рисунок 6. Поезд зависает параллельно путям.

6. Постройте магнитный «стопор» на одном конце вашей дорожки, как показано на рисунке 7.
   1. Вырежьте маленький прямоугольный кусок картона, около 7 см на 5 см.
   2. Используйте ленту, чтобы прикрепить кусок картона под прямым углом к ​​одному концу дорожки.
   3. Используйте двустороннюю пенопластовую ленту, чтобы прикрепить прямоугольный магнит к картону.Убедитесь, что магнит находится на той же высоте, что и деревянный блок поезда, когда он плавает над рельсом, и центрируется между двумя пластиковыми деталями.

Рисунок 7. Магнитный стопор на одном конце дорожки.

7. Используйте двустороннюю пенопластовую ленту, чтобы прикрепить один прямоугольный магнит к каждому концу вашего поезда, как показано на рисунке 8. Магниты тяжелые, поэтому вам нужно по одному с каждой стороны, чтобы сохранить равновесие поезда.
   1. Важно : Проверьте магниты, чтобы увидеть, какая сторона отталкивает магнит, который прикреплен к стопору. Убедитесь, что эта сторона магнита обращена к наружу, к , когда вы прикрепляете его к поезду. В противном случае ваша тормозная система не будет работать, и ваш поезд будет притягивать к остановке, а не отталкивать от нее!

Рисунок 8. Магниты, прикрепленные к обоим концам поезда.

8. Поднимите один конец вашей железнодорожной колеи, используя несколько книг, как показано на рисунке 9. Точная высота одного конца железнодорожной колеи не имеет значения для этого эксперимента (см. Раздел «Вариации», чтобы узнать, как измерить влияние этой высоты). ).

Рисунок 9. Железнодорожный путь Маглева, расположенный на уклоне с использованием некоторых учебников.

Сбор ваших данных

1. Попрактикуйтесь в использовании пробки вашего поезда Маглева.Аккуратно положите поезд примерно на половину пути и дайте ему сместиться к ограничителю. Поезд должен остановиться до того, как он коснется пробки. Есть пара проблем, с которыми вы можете столкнуться, поэтому не беспокойтесь, если вам нужно отрегулировать несколько вещей, прежде чем ваша пробка заработает:
   1. Если ваш поезд сходит с рельсов, он может ехать слишком быстро. Попробуйте запустить его дальше вниз по рампе или уменьшить угол наклона.
   2. Если ваш поезд застрянет до того, как приблизится к ограничителю, возможно, слишком велико трение между поездом и пластиковыми уголками.Попробуйте немного раздвинуть пластиковые детали или увеличить угол пути, чтобы поезд скользил быстрее.
   3. Магниты на вашей пробке и в поезде могут быть плохо выровнены. Это также может привести к тому, что поезд соскользнет с рельсов, а боковые стороны магнитов сойдутся, а не будут находиться на расстоянии друг от друга. При необходимости отрегулируйте высоту магнита на стопоре.
   4. Как только вы отрегулируете свою колею так, чтобы стопор работал хорошо, оставьте ее на месте. Используйте ручку или карандаш, чтобы отметить приблизительное начальное место на дорожке, которая работает хорошо.
2. Теперь, когда вы увидели, как работает стопор, как вы думаете, что произойдет, когда вы добавите больше магнитов в стопор?
3. Создайте таблицу данных, как в таблице 1, в своей лабораторной записной книжке.

	Расстояние между магнитами
Количество магнитов	Пробная версия 1	Пробная версия 2	Пробная версия 3	Средняя
1
2
3
4

Таблица 1. Пример таблицы данных.

4. Позвольте поезду скользить по пути и остановитесь.
5. Измерьте расстояние между магнитом стопора и магнитом в передней части поезда, как показано на рисунке 10, и запишите его в свой лабораторный блокнот. Это считается одним испытанием.

Рисунок 10. Измерьте расстояние между двумя магнитами, показанное красной стрелкой.

6. Повторите шаги 4–5 еще два раза, в общей сложности три испытания.
7. Теперь добавьте второй магнит в стопор, как показано на рисунке 11. Он должен защелкнуться на месте непосредственно над первым магнитом (если магниты отталкиваются друг от друга, переверните новый магнит вокруг).

Рисунок 11. Второй магнит добавлен в стопор.

8. Повторите шаги 4–6 с двумя стопорными магнитами, сложенными друг на друга. Убедитесь, что вы записали все свои результаты в таблицу данных.
9. Добавьте третий магнит в ограничитель и повторите шаги 4–6.
10. Добавьте четвертый магнит в ограничитель и повторите шаги 4–6.
11. Для каждого количества магнитов рассчитайте среднее значение для трех испытаний и введите его в таблицу данных. Например, скажем, что для одного магнита вы измерили расстояния 18, 22 и 20 мм. Среднее (18 + 22 + 20) ÷ 3 = 20. Спросите взрослого, если вам нужна помощь в расчете среднего.
12. Создайте график с расстоянием между магнитами по вертикальной оси и количеством магнитов по горизонтальной оси. См. Веб-сайт Создать график, если вам нужна помощь в создании графика.
13. Как изменяется расстояние между магнитами при добавлении магнитов в стопор? Это то, что вы ожидали, основываясь на ваших базовых данных о магнитах?

,

Если вам нравится этот проект, вам может понравиться исследовать эти связанные профессии:

Инженер по транспорту

Вы когда-нибудь посещали членов семьи на праздники? Вы, возможно, начали свое путешествие с метро или поезда до аэропорта.Затем вы прыгнули на самолет и полетели к месту назначения. Наконец, член семьи забрал вас в своей машине и отвез домой. Вы прошли сотни миль всего за один день. Как это произошло? Кто спланировал маршрут метро до аэропорта? Кто решил положение взлетно-посадочной полосы аэропорта? Кто проектировал шоссе и дороги? Ответ на все эти вопросы – транспортный инженер. Цель инженера по транспортировке – безопасно и эффективно перемещать людей и товары. Читать далее

Планировщик перевозок

Вы проводите время, наслаждаясь городским парком? В следующий раз, когда вы пойдете, найдите минутку, чтобы осмотреться и посмотреть, как другие люди приходят в парк.Некоторые люди могут идти в парк по ухоженной тропинке. Другие могут прийти через метро, ​​если оно находится рядом. Третьи могут быть сброшены на машине в специально отведенном месте. Некоторые могут даже ездить на велосипеде в парк. Но кто планирует все эти разные способы добраться до парка? Ну, это был бы специалист по планированию перевозок, который выяснил, как доставить всех этих людей в парк и как все эти виды транспорта влияют на окружающую среду парка. Роль транспортных планировщиков заключается в изучении использования и эксплуатации транспортных систем, а также в сборе, обобщении и анализе данных для предлагаемых транспортных проектов.Планировщики транспорта обеспечивают движение наших городов, штатов и наций. Читать далее

Инженер-механик

Инженеры-механики – это часть вашей повседневной жизни, они проектируют ложку, которую вы использовали для завтрака, упаковку завтрака, откидную крышку на тюбике с зубной пастой, молнию на куртке, машину, велосипед или автобус, который вы взяли в школу стул, в котором вы сидели, дверная ручка, которую вы взяли, петли, на которых она открывалась, и шариковая ручка, которую вы использовали для прохождения теста.Практически каждый объект, который вы видите вокруг, прошел через руки инженера-механика. Следовательно, их навыки востребованы для разработки миллионов различных продуктов практически во всех отраслях промышленности. Читать далее

Физик

Физики имеют в виду большую цель – понять природу всей вселенной и всего в ней! Чтобы достичь этой цели, они наблюдают и измеряют природные события, наблюдаемые на Земле и во вселенной, а затем разрабатывают теории, используя математику, чтобы объяснить, почему эти явления происходят.Физики берут на себя задачу объяснения событий, которые происходят в самых грандиозных масштабах, какие только возможны, на уровне самых маленьких атомных частиц. Затем их теории применяются к человеческим проектам, чтобы принести людям новые технологии, такие как компьютеры, лазеры и термоядерная энергия. Читать далее

Вариации

• В этом проекте вы использовали стопку книг, чтобы поднять одну сторону дорожки.Можете ли вы измерить, что происходит, когда вы создаете более крутой скат? Для этого теста вы должны оставить постоянным количество магнитов в стопоре и изменить угол наклона. Вы можете измерить угол наклона рампы с помощью транспортира или использовать высоту на дальнем конце пути в качестве индикатора «крутизны» пути.
• В этом проекте вы каждый раз запускали поезд на одной и той же позиции на пути. Влияет ли изменение начальной позиции поезда на рампе на ваши результаты? Сохраняйте число магнитов и угол следа постоянными, но измените исходное положение поезда как свою независимую переменную.Что случается?
• Для более продвинутого проекта вы можете использовать камеру, чтобы снимать поезд, когда он спускается по трапу. Возьмите видео крупным планом, когда поезд приближается к остановке. Поезд приближается к остановке, а затем приходит в норму? Или он постепенно останавливается? Можете ли вы наметить расстояние до стопора с течением времени? Можете ли вы измерить самое близкое расстояние между двумя магнитами и их конечное расстояние покоя, проанализировав видео? Tracker – бесплатная программа для анализа видео, которая позволяет легко измерять расстояния.

Поделитесь своей историей с друзьями по науке!

Да, Я сделал этот проект! Пожалуйста, войдите (или создайте бесплатную учетную запись), чтобы сообщить нам, как все прошло.

Часто задаваемые вопросы (FAQ)

В: Один край моего вагона касается треков. Что случилось?

О: Если ваш поезд наклонен, как показано на рисунке 12, и один край касается путей, ваши пластиковые уголки, вероятно, слишком далеко друг от друга.Важно, чтобы пластиковые уголки были расположены на расстоянии всего с небольшим расстоянием в от ширины деревянного блока (около 40 мм). Это позволит блоку скользить взад и вперед без застревания, но также поможет держать его в вертикальном положении. Если места слишком много, блок может опрокинуться. Если это произойдет, переместите ваши пластиковые уголки ближе друг к другу.
Рисунок 12. Пластиковые угловые элементы на этой направляющей расположены слишком далеко друг от друга, что позволяет деревянному блоку опрокинуться.

В: Похоже, мой поезд привлекает к гусеницам, а не отталкивает. Что случилось?

О: Если ваш вагон сидит на рельсах (магнитные полосы касаются друг друга), есть несколько возможностей. Пройдите эти шаги, чтобы узнать, что делать.

1. Магнитные полосы на вашей дорожке могут быть слишком близко друг к другу, как на рисунке 13. Как показано на рисунке 4 процедуры, полосы должны быть на расстоянии 10 мм друг от друга.Если они расположены слишком близко друг к другу, то они не будут совмещены с магнитными полосами на вагоне поезда, и это может привести к тому, что автомобиль будет притягиваться к гусеницам, а не отталкиваться. Если это произойдет, переместите магнитные полосы на дорожке дальше друг от друга.

Рисунок 13. Магнитные полосы на этом пути слишком близко друг к другу, в результате чего поезд притягивается к пути, а не отталкивается.

2. Ваши пластиковые уголки могут быть слишком далеко друг от друга, как на рисунке 14.Это дает вагону слишком много места для перемещения из стороны в сторону, и его можно тянуть на рельсы, а не отталкивать. Как показано на рисунке 4 процедуры, внутренние края пластиковых уголков должны быть на расстоянии 40 мм друг от друга. Это дает деревянному блоку достаточно места для скольжения назад и вперед без застревания, но предотвращает его перемещение из стороны в сторону. Если это произойдет, переместите пластиковые уголки на дорожке ближе друг к другу.

Рисунок 14. Пластиковые уголки на этой гусенице слишком далеко друг от друга, что позволяет вагону смещаться вбок и притягиваться к гусенице, а не отталкиваться.

3. Окончательная и наименее вероятная вероятность состоит в том, что поляризация (с которой обращены северный и южный полюсы) одного набора ваших магнитных полос была обратной, то есть неадгезивные стороны полос притягиваются друг к другу вместо отталкиваются. Если магнитные полоски соприкасаются друг с другом, а их края выровнены, как показано на рисунке 15, вам потребуется переполяризовать две из ваших полос, как описано в следующих шагах. Только делают это после того, как вы попробовали шаги 1 и 2, чтобы убедиться, что ваш интервал правильный.

Рисунок 15. Эти магнитные полосы притягиваются друг к другу, а не отталкиваются, поэтому поезд стоит ровно на путях с выровненными полосами.

4. Вы можете использовать компас, чтобы проверить полярность магнитных полос. Поднесите компас к одной из магнитных полос на вагоне поезда, как показано на рисунке 16. Обратите особое внимание на то, указывает ли красный наконечник стрелки компаса на в направлении или на от магнитной полосы.

Рисунок 16. Красный наконечник стрелки компаса указывает на магнитную полосу на этом изображении (ваш результат может быть противоположным). Игнорируйте метки N / S / E / W на компасе, вам нужно только смотреть на иглу.

5. Сделайте то же самое для одной из магнитных полос на железнодорожном пути.
   1. Если ваши результаты одинаковы для обеих полос (красный кончик иглы направлен в обе стороны, или указывает в обе стороны), то ваши полоски поляризованы правильно и должны отталкиваться друг от друга.Вернитесь к шагам 1 и 2, чтобы проверить выравнивание вашей дорожки.
   2. Если ваши результаты отличаются для обеих полос (красный кончик иглы направлен в сторону одной из полос, но не в другую), то вам необходимо изменить поляризацию одного набора полос. Перейдите к шагу 6. ​​
6. Вы можете использовать небольшой неодимовый магнит для повторной поляризации магнитных полос, потерев их по ним, как показано на рисунке 17. Для этого:
   1. Еще раз проверьте, притягивают или отталкивают магнитные полосы на вашем вагоне красный наконечник стрелки компаса.
   2. Найдите конец неодимового магнита, который притягивает конец стрелки иглы компаса на , как магнитная полоса на вагоне поезда.
   3. Медленно потрите этот конец магнита вдоль всей магнитной полосы, несколько раз переходя назад и вперед, чтобы покрыть всю его ширину (неодимовый магнит уже полосы).
   4. Сделайте это для обеих магнитных полос на вагоне.
   5. Поместите свой вагон на дорожку и посмотрите, не парит ли он, а не трогает ее.Если это не так, вам, возможно, придется продолжать протирать тот же самый конец неодимового магнита вдоль полос автомобиля, чтобы увеличить их прочность (не проверяйте полосы с компасом каждый раз, иначе вы продолжите изменять их поляризацию).
   6. Если вы все еще не можете заставить свой поезд Маглев работать должным образом, свяжитесь с нами по адресу [email protected] для поддержки.

Рисунок 17. Потрите неодимовый магнит вдоль магнитной полосы, чтобы ее переполяризовать.

Задайте вопрос эксперту

Форум «Спросите эксперта» предназначен для того, чтобы студенты могли найти ответы на научные вопросы, которые они не смогли найти с помощью других ресурсов. Если у вас есть конкретные вопросы о вашем научном проекте или научной ярмарке, наша команда ученых-добровольцев может помочь. Наши эксперты не сделают работу за вас, но они сделают предложения, предложат рекомендации и помогут вам устранить неполадки.

Задайте вопрос эксперту

Ссылки по теме

Лента новостей на эту тему

Примечание: Компьютеризированный алгоритм сопоставления предлагает вышеупомянутые статьи.Он не такой умный, как вы, и иногда может давать юмористические, смешные или даже раздражающие результаты! Узнайте больше о новостной ленте

Ищете больше науки веселья?

Попробуйте одно из наших научных мероприятий для быстрого изучения науки в любое время. Идеальная вещь, чтобы оживить дождливый день, школьные каникулы или момент скуки.

Найти деятельность

Изучите наши научные видео

Как сделать анемометр (измеритель скорости ветра)

сделать гигрометр для измерения влажности – STEM деятельность

Игрушечный парусник DIY

Спасибо за ваш отзыв!

,