Отрыв и сдвиг — две разные силы
На вертикальной стене магнит работает не на отрыв, а на сдвиг — и держит в 3–5 раз меньше, чем написано на упаковке. Ниже расчёт для типовой задачи: панель 10 кг на четырёх магнитах по углам. И вывод, который многих удивляет: магниты, которые её удержат, руками уже не снять.
Паспортная цифра — это сила на отрыв: магнит тянут от толстой стали перпендикулярно. Когда магнит висит на стене, а груз тянет его вниз, притяжение работает только как прижим, а держит груз трение между магнитом и сталью. Трение никелированного магнита о сталь — примерно четверть от прижима. Поэтому в расчётах сила на сдвиг берётся как отрыв, делённый на четыре; на гладкой крашеной стали бывает и хуже. Подробнее — что означает сила сцепления и короткий ответ магнит на сдвиг и на отрыв.
Брусок 40×20×10 N52: 22 кгс на отрыв, 5,4 кгс на сдвиг.
Трение — примерно четверть от прижима.
На крашеной стали бывает и хуже.
Расчёт: панель 10 кг на четырёх магнитах
Задача, с которой приходят чаще всего: щит из МДФ весом около 10 кг нужно повесить вертикально на стальной каркас, по магниту в каждом углу. Считаем:
- Нужный сдвиг. Панель весит 10 кг; для крепления берём запас вдвое — магниты должны держать на сдвиг 20 кг суммарно.
- Переводим в отрыв. Сдвиг — четверть отрыва, значит суммарная сила магнитов на отрыв должна быть около 80 кг. Это простое правило: вес × 2 (запас) × 4 (сдвиг) = нужный отрыв.
- Делим на четыре угла — по 20 кг отрыва на магнит, и смотрим, какие размеры это дают.
| Магнит | Отрыв, 1 шт кгс | Сдвиг, 1 шт кгс | Штук на 10 кг | Все вместе на отрыв кгс |
|---|---|---|---|---|
| Ø20×10 N42 | 11 | 2,7 | 8 | 86 |
| Ø25×10 N42 | 13 | 3,3 | 7 | 92 |
| Ø30×10 N42 | 15 | 3,7 | 6 | 89 |
| 40×20×10 N52 | 22 | 5,4 | 4 | 87 |
| Ø30×15 N52 | 30 | 7,5 | 3 | 90 |
| Ø40×20 N52 | 54 | 13 | 2 | 107 |
кгс — килограмм-сила: оценка усилия на отрыв от толстой ровной стали, а не допустимый вес предмета. Запас ×2, сдвиг ×4. Столбец «штук» округлён вверх до целого.
На четыре угла ложатся бруски 40×20×10 N52 — по 22 кг на отрыв каждый, 5,4 кг на сдвиг, вчетвером 22 кг. Или три диска Ø30×15 N52. Диски Ø20×10 тоже подойдут, но их понадобится восемь — по два на угол.
Почему такую панель потом не снять
Посмотрите на последний столбец таблицы. Какой бы размер вы ни выбрали, суммарный отрыв получается 80–110 кг — иначе и быть не может, ведь мы его из этих 80 кг и вывели. Четыре бруска 40×20×10 держат панель на отрыв с силой 87 кг: оторвать её от стены руками невозможно. Сдвинуть вдоль стены — 22 кг, тоже за пределами того, что делают двумя руками, да ещё и с царапиной по всей длине.
Это одна и та же сила, просто с разных сторон. Если панель нужно снимать — вес на магниты класть нельзя.
Решение: опора снизу и слабые магниты
Правильная схема для съёмной панели — вес несёт опора, магниты только прижимают. Опорой служит полочка, уголок, два штифта или крючка внизу: панель на них стоит, вниз не скатывается, и магнитам остаётся одна работа — не дать ей отвалиться от стены. Для этого хватает совсем небольших магнитов.
Четыре диска Ø10×5 N42 — по 2,7 кг на отрыв, вчетвером 11 кг. Панель на опоре они держат уверенно, от случайного толчка не отвалится. Снимается она наклоном за верхний край: сначала отходят два верхних магнита, нижние работают как петля. Усилие — как открыть тугую дверцу шкафа.
Опора снизу
Полочка или два штифта под нижней кромкой панели. Вес на них, не на магниты.
Магниты по углам
Ø10×5 или Ø15×5; на панели магниты, на каркасе — сталь (или наоборот).
Магнит в зенковку и на винт
А не на клей: на никеле клей держится хуже, чем кажется, и через год панель окажется на полу.
Проверьте отрыв верхнего края
Рукой. Тяжело — уберите один магнит; легко отваливается от толчка — добавьте.
Если опоры нет: как выжать больше на сдвиг
- Толстая сталь под магнитом. Каркас из профильной трубы — это стенка 1,5–2 мм, и она насыщается. Брусок 40×20×10 N52 на стенке 2 мм даёт на сдвиг 3,4 кг вместо 5,4, на стенке 1,5 мм — 2,2 кг. В полную силу он выходит только от 2,7 мм стали. Приварите или прикрутите к каркасу пластины потолще — почему это работает.
- Больше магнитов, а не один крупный. Несколько магнитов, разнесённых по площади, складывают силу почти честно, а один большой на тонком металле упирается в насыщение. Разбор — складывается ли сила магнитов.
- Резиновый корпус. Трение резины о сталь заметно выше, чем никеля, поэтому на сдвиг такой магнит держит лучше. Плата — оболочка работает как зазор: полмиллиметра резины отнимают около 7 % силы на отрыв. Насколько именно вырастет трение, зависит от резины и поверхности, наш калькулятор этого не считает — здесь верьте замеру.
- Чистая сталь. Краска и порошковое покрытие — это и зазор, и скользкая поверхность. На голом металле магнит держит на сдвиг заметно лучше.
Вопросы и ответы
Почему магнит на стене держит меньше, чем написано на упаковке?
На упаковке — сила на отрыв: тянем магнит от стали перпендикулярно. На стене груз тянет магнит вдоль поверхности, и держит его уже не притяжение, а трение. Трение никелированного магнита о сталь — примерно четверть от силы прижима, поэтому 22 кг на отрыв превращаются в 5,4 кг на сдвиг.
Сколько магнитов нужно, чтобы повесить панель 10 кг?
С запасом вдвое нужен суммарный сдвиг 20 кг, то есть суммарный отрыв около 80 кг. Это четыре бруска 40×20×10 N52 или три диска Ø30×15 N52. Но такую панель потом не снять руками — если её нужно снимать, кладите вес на опору снизу, а магниты берите слабые.
Как увеличить усилие магнита на сдвиг?
Три рабочих способа: больше магнитов, разнесённых по площади; стальная ответная пластина от 3 мм вместо тонкого профиля; магнит в резиновом корпусе — трение о резину выше, чем о никель. Не работает: один магнит побольше на тонком металле — лист насытится, и прибавки не будет.
Нужны ли специальные магниты «на сдвиг»?
Отдельного типа магнитов не существует — на сдвиг работает трение, а не какое-то особое поле. «Магниты на сдвиг» в магазинах — это обычные неодимовые магниты в резиновой оболочке или в стальном корпусе с зенковкой под винт. Оболочка добавляет трение, корпус даёт крепление без клея.