Kreisel aus Magnetkugeln

Dank geringer Reibung drehen sich diese Kreisel minutenlang
Autor: Dr. Christian Ucke, München, Deutschland, [email protected]
Herr Dr. Ucke, Co-Autor unseres populären Projektes Der einfachste Elektromotor der Welt, stellt einfache Kreisel aus Magnetkugeln vor. Die Details entnehmen Sie bitte nebenstehendem PDF. Wir veröffentlichen hier einen stark gekürzten Bericht.
Setzt man 37 Magnetkugeln des Typs K-06-C wie im Bild zusammen, bilden die Kugeln eine leicht durchgebogene Fläche mit einer hexagonalen Struktur. Setzt man dieses Gebilde mit der konvexen Seite nach unten auf eine Glasoberfläche, liegt es nur auf der Mittelkugel auf und lässt sich sehr leicht drehen.
Eventuell empfiehlt es sich, die Kugeln in der Mitte zusätzlich mit dem Finger etwas durchzudrücken, damit der Kreisel möglichst nur auf der zentralen Kugel Kontakt hat. Dann ist die Reibung auf Glas extrem gering.
Mit einem Strohhalm kann man den Kreisel seitlich anpusten und Drehzahlen von bis über 10 000 Umdrehungen pro Minute erreichen. Das ist schon eine ganz schöne Drehzahl. Trotzdem ist die Zentrifugalkraft noch zu gering, um die Magnete auseinander zu reißen.
Der Kreisel weicht auf einer ebenen Fläche wegen des Anpustens leicht zur Seite aus. Günstig ist es deshalb, den Versuch auf einem hinreichend flachen Hohlspiegel (Rasier-/Kosmetik-spiegel) vorzunehmen. Er braucht mehrere Minuten, bis er wieder zur Ruhe kommt. Wie lange genau, hängt extrem von der Unterlage ab und auch, ob sich andere Magnete in der Nähe befinden. Beleuchtet man den Kreisel schräg von oben links und rechts mit punktförmigen Lichtquellen, ergeben sich schöne Lichtmuster (siehe Bild). Auf einem Spiegel verdoppelt sich der Kreisel sogar visuell.
Die Mittelkugel bleibt beim Rotieren immer als Kugel sichtbar, da sich der symmetrische Kreisel um den Mittelpunkt dieser Kugel dreht.
Im nebenstehenden Bild ist die Drehzahl kleiner als im vorhergehenden Bild. Zusätzlich ist es mit einem Stroboskop beleuchtet. Dadurch erkennt man die Struktur des Kreisels. Das Bild ist mit 1/50s belichtet.
Statt der hexagonalen Grundstruktur sind auch pentagonale, quadratische oder trigonale Formen möglich. Im Bild sind alle diese Formen in der minimalen Konfiguration ersichtlich. Die Kugel in der Mitte steht weitaus höher heraus als in der hexagonalen Form, da sie bei diesen Formen nicht in der Ebene der umgebenden Kugeln liegen kann. Die Magnetkugeln lassen sich nicht mehr ganz leicht in diese Formen bringen, da sie sich gegenseitig abstoßen. Diese Grundformen sind als Kreisel wenig geeignet, da sie sich schlecht andrehen lassen und ein vergleichsweise kleines Trägheitsmoment aufweisen.
Im linken Teilbild ist die pentagonale Struktur auf insgesamt 31 Kugeln erweitert; sie steht da sozusagen auf dem Kopf.
Unten sieht man diesen Kreisel in Bewegung (Foto mit 1/100 s). Da der Schwerpunkt dieses Kreisels höher als bei der hexagonalen Struktur liegt, ist er etwas schwerer anzudrehen und rotiert bei kleinen Drehzahlen instabiler. Mit Anpusten bekommt man den Kreisel aber auch auf höhere Drehzahlen.
Anmerkung vom Team supermagnete: Ein anderes interessantes Experiment mit rotierenden Magnetkugeln ist die Anwendungen Kugeln kreiseln lassen.

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