Два магнита по 10 кг — это не 20 кг
Интуиция подсказывает сложить: каждый держит 10 кг — значит, вместе 20. Но паспортные 10 кг — это сила магнита к толстой стальной плите, а плита для магнита работает как зеркало: железо принимает поле так, будто по ту сторону поверхности стоит точная копия магнита. Этим приёмом, методом изображений, и считается сила на всём сайте — как мы считаем.
Выходит, магнит на плите — это уже пара одинаковых магнитов. Поставьте вместо плиты второй такой же магнит — и получите ту же самую силу. Два диска Ø20×10 N42, каждый из которых держит на стали 10,8 кг, слипаются с силой около 10,8 кг.
Столько же держит один такой диск на толстой стали — 10,8 кгс.
Не 21,5 кгс: сталь уже «достроила» магниту его копию.
На расстоянии пара дотягивается вдвое дальше
| Пара одинаковых магнитов | Один на стали | Пара вплотную | Пара, 5 мм | К плите, 5 мм | Пара, 10 мм | К плите, 10 мм |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Ø10×5 N42 | 2,7 | 2,7 | 0,80 | 0,19 | 0,19 | 0,02 |
| Ø15×5 N42 | 3,7 | 3,7 | 1,9 | 0,73 | 0,73 | 0,11 |
| Ø20×10 N42 | 10,8 | 10,8 | 6,2 | 3,2 | 3,2 | 0,76 |
| Ø30×10 N42 | 14,9 | 14,9 | 11,0 | 7,4 | 7,4 | 2,9 |
| Ø40×20 N52 | 53,6 | 53,6 | 41,7 | 31,1 | 31,1 | 15,9 |
Все значения — кгс (килограмм-сила): оценка усилия на отрыв, а не допустимый вес предмета. «Пара, 5 мм» — два магнита с зазором 5 мм между торцами. «К плите, 5 мм» — один такой магнит к толстой стали через тот же зазор. Подробнее о модели ↗
Посмотрите на столбцы с зазором: пара на расстоянии держит заметно больше, чем магнит к плите через то же расстояние. Всё то же зеркало: для магнита у плиты его «копия» находится за поверхностью, то есть вдвое дальше, чем зазор. Поэтому пара на расстоянии 10 мм тянется так же, как магнит к стали через 5 мм.
Для ощущений: два диска Ø20×10 тянут друг друга с силой больше 100 г уже с 36 мм, а к стальной плите такой диск — с 18 мм. Пара Ø40×20 N52 — с 104 мм против 52 мм у плиты. Именно поэтому крупные магниты так опасно «прыгают» друг к другу через половину стола.
Через стекло: второй магнит вместо стальной пластины
Самое полезное следствие. Если нужно держать через стекло, фасад или столешницу, ставьте с обратной стороны не стальную пластину, а второй такой же магнит:
| Магнит | Стекло 4 мм | Стекло 6 мм | Стекло 8 мм | Стекло 10 мм |
|---|---|---|---|---|
| Ø20×10 N42 | 7,1к пластине 4,2 · ×1,7 | 5,5к пластине 2,4 · ×2,3 | 4,2к пластине 1,3 · ×3,1 | 3,2к пластине 0,76 · ×4,2 |
| Ø30×10 N42 | 11,8к пластине 8,7 · ×1,3 | 10,2к пластине 6,2 · ×1,6 | 8,7к пластине 4,3 · ×2 | 7,4к пластине 2,9 · ×2,5 |
Сверху — пара магнитов через стекло, снизу — один магнит к толстой стальной пластине через то же стекло. Все значения — кгс, оценка на отрыв.
Через стекло 8 мм пара дисков Ø20×10 держит около 4,2 кг, а магнит к пластине — 1,3 кг: разница в 3,1 раза, и чем толще преграда, тем она больше. Так устроены магнитные скребки для аквариума, держатели на стеклянных дверцах и крепления «через фасад». Магнит к стальной пластине через преграду разобран отдельно — магнит через кафель и стекло.
Вместо тонкой ответной шайбы — второй магнит
То же самое с ответными частями. Магнит Ø20×10 на стальной шайбе толщиной 1 мм держит всего 3,1 кг: тонкая сталь насыщается и не пропускает всё поле — подробно в статье магнит на тонком металле. А на втором таком же магните — 10,8 кг, в 3,5 раза больше. Для застёжек, фиксаторов дверей и съёмных креплений это самый простой способ добавить силы, не увеличивая магнит.
Магниты должны смотреть друг на друга разноимёнными сторонами — так, как они сами слипаются. Отметьте притягивающиеся стороны маркером до того, как клеить.
Если магниты разные
Когда магниты разного размера, силу ограничивает меньший: работает площадь его торца. Маленький Ø10×5 на крупном Ø40×20 N52 держится с силой около 3,0 кг — примерно как на стали (2,7 кг), хотя большой магнит на стали держит 53,6 кг.
А вот к более слабому магниту неодим держится хуже, чем к железу. Диск Ø20×10 на ферритовом кольце из динамика — около 4,4 кг против 10,8 кг на стали: сталь честно «отражает» поле, а слабый магнит может добавить только своё. Это оценка — для разных магнитов модель проще, чем для одинаковых. Про сами ферритовые кольца — ферритовые магниты.
Отталкивание и левитация
Одноимённые полюса отталкиваются, и тем сильнее, чем ближе магниты. При одном и том же зазоре величина силы та же, что и при притяжении, — меняется только знак. Но заставить магнит устойчиво висеть над другим на одном отталкивании нельзя: он обязательно соскользнёт вбок или перевернётся. Это не недостаток конкретных магнитов, а закон — его доказал Ирншоу ещё в XIX веке.
Работает левитация только с «подсказкой»: магнит надет на стержень или вставлен в трубку, раскручен волчком, как в игрушке «левитрон», или удерживается электроникой. Отсюда же ответ на частый вопрос: «какой вес удержат два магнита при левитации» — без направляющей никакой.
Ø40×20 N52 разгоняются навстречу друг другу с десяти сантиметров, прищемляют пальцы до крови и раскалываются от удара. Разносите их по разным концам стола и храните с толстой прокладкой между ними.
Вопросы и ответы
Два магнита по 10 кг — с какой силой они держатся друг за друга?
Примерно с силой одного из них — около 10 кг, а не 20. Толстая сталь для магнита работает как зеркало: магнит на плите — это по сути та же пара одинаковых магнитов. Так, два диска Ø20×10 N42, каждый из которых держит на стали 10,8 кг, слипаются с силой около 10,8 кг.
С какого расстояния два магнита притягиваются?
Ощутимо — с расстояния, вдвое большего, чем магнит тянется к стали. Два диска Ø20×10 тянут друг друга с силой больше 100 г уже с 36 мм, а к стальной плите такой же диск тянет с 18 мм. Пара Ø40×20 N52 чувствует друг друга примерно с 10,5 см.
Магнит к магниту держится сильнее, чем к железу?
К толстой стали и к такому же магниту — примерно одинаково. По сравнению с тонким листом второй магнит выигрывает в разы: лист насыщается, а магниту насыщаться нечему. А вот к более слабому магниту, например ферритовому, неодим держится хуже, чем к стали.
Можно ли заставить магнит левитировать над другим магнитом?
Только с опорой. Одноимённые полюса отталкиваются, но устойчиво висеть на отталкивании магнит не может — он соскальзывает вбок или переворачивается, это доказано ещё в XIX веке (теорема Ирншоу). Работают направляющий стержень или трубка, вращение, как у игрушки «левитрон», или электроника.