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万磁王的魔力:磁力

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发布日期:2022-04-07

  (图片来源:pixabay)

  在漫威系列电影中,X战警的头号劲敌万磁王,拥有挥舞双手就隔空移动物体的能力,不仅能操控地球磁场,更能让自己凭借磁力悬空而飞。你是否幻想过能拥有像万磁王一样的超能力呢?其实,从本质上来说,这个神奇的魔力在生活里到处都是,或许就在你家的冰箱上,或者教室的黑板上。

  故事还要从很久以前说起,古人在采矿的时候偶然发现了一类矿石,这些“疯狂的石头”似乎很热情,哪怕没有人碰它,它也能吸引来其他的一些轻小矿石。人们把这类疯狂的石头叫做“磁铁矿”,后来逐渐发现,它们都含有一些特定的金属,一般包括铁、钴、镍。

  你一定听说过“物以类聚,人以群分”,这个道理同样适用于疯狂的石头。磁铁矿能吸引的都是和它成分类似,也就是同样含有铁、钴、镍的东西。我们把磁铁矿这种特殊的吸引力叫做磁力,它本身具有磁力的属性,也便被称为磁性。

  磁力最神奇的地方,大概要属它可以在无形之中实现乾坤大挪移,就像一位可以隔空发功的武林高手。也就是说,哪怕两个有磁性的物体彼此不接触,当它们距离达到一定范围以内,就能产生相互作用。假如你拿着冰箱贴靠近冰箱,会明显感受到冰箱贴主动跑到了冰箱门上;教室黑板上的磁力按扣也是类似。

  不过,吸引力只是磁力的一种形式,有的时候,磁性物质也会相互看不顺眼,主动把对方推得远远的。这又是为什么呢?先找来一块磁铁看看吧。

  我敢保证,你在身边能找到的标准磁铁一定涂着两种颜色,不管是条形的、环形的还是马蹄形的。当你把两块磁铁颜色不同的两端彼此靠近,它们会亲密地吸引到一起;可假如你把其中一块掉个头,颜色相同的两端在相遇时反而会毫不犹豫地彼此排斥。

  这是每个磁铁都有的自带特性,其中,两种颜色所对应的是两个磁极。一端是N极,也叫北极;另一端是S极,也叫南极。这一对相反的磁极在所有磁铁中都是成对出现的,彼此的关系遵循一个简单却重要的原则——“同极相斥,异极相吸。”你可以把这样的关系想象成拼图块,如果N极表示的是拼图块凸起的那部分,S极就表示凹进去的部分。N极与S极相遇时,刚好能完美配对,所以会紧紧吸引。可两个N极相遇,凸起的那部分就会正面相撞,所以便会相互排斥,离得远远的。

  你可能觉得吸引力看起来很有用,排斥力可就没那么友善了。不过有一样高科技交通工具恰恰用到了这种排斥力,它就是大名鼎鼎的磁悬浮列车。通过让轨道和列车车底具备相同磁极,彼此排斥,当排斥力足够大时,列车就可以在轨道上悬浮起来,不与轨道接触。这样一来,列车前进时的轨道摩擦大大减小,空载速度能超过400千米/小时。当然,这只是磁悬浮列车中的一种,另一种恰恰相反,其运用的是磁力中的吸引力,通过来自列车两侧的吸引力达到平衡,实现列车的悬浮。

  作者:比邻星

  审稿: 张轩中(中国科普作家协会会员,中国物理学会会员)