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《大英雄天團──未來世界的磁浮磁動自行車》

雷葆的概念自行車設計超級酷!它的設計原理是什麼呢?為什麼現在只有磁浮列車?卻沒有磁浮車、磁浮機車、磁浮自行車呢?

來源:wegeekgirls

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這個問題的答案很簡單。首先我們得先區分,「磁浮」和「磁動(勢)」這兩個概念。「磁浮」是形容磁體浮在超導體上面的狀態,此時的磁鐵與超導體體所受總力為零,也就是說向下的重力與向上的磁浮力達到平衡。而所謂的「磁動(勢)」現象,則是描述電流流過導體所產生磁通量的勢力(force),是用來是用來度量磁場或是電磁場的一種「量」。

所以,回到問題本身,為什麼除了列車之外,我們還必須讓汽車、機車、腳踏車懸浮呢?

我們平時所接觸的交通工具,從自行車、汽車直到火車,大都是依靠摩擦材料之間的機械摩擦力,讓它們從奔馳的狀態中停下來,它們主要利用機械連杆、液壓油或者壓縮空氣……等等不同的方式達到煞車目的。而《大英雄天團》中雷葆的磁浮自行車,則是利用電磁感應的方式產生制動力,讓材料之間不需要有實際的摩擦,但可以達到煞車的目的。因此,自行車可以進行無摩擦自由轉動和制動,能量的運轉更有效率、速度也可以更快。

 來源: bicycleman

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目前在現實世界,相關實際運用的技術是渦流制動技術(eddy current brake),中國大陸甚至據此技術在2000年的時候,設計規劃上海磁浮列車,在2013年3月7日,由中國全國政協委員、中國鐵道科學研究院主任李和平在接受采訪時公開透露,中國已經掌握了最高時速500公里的高速列車渦電流制動試驗技術。但是,在電影中,雷葆的磁動齒輪自行車,除了使用渦電流制動技術之外,它非常特別的地方是,車輪非常的輕薄可以輕易的自車體拆卸下來──甚至可以當成飛盤使用!

 來源: Flickr

來源: Flickr

這麼優質的技術與概念,為何目前只有被應用在列車上呢?最主要的原因就是,運輸工具利用磁浮與磁動技術的同時,也得依賴軌道的設計,才能利用電與磁的作用,改變運輸工具的前進方向。(註一:磁浮列車的前進原理是利用線性馬達將線圈排成直線狀,車輛本身是被地面產生的磁力拖拉或推進而獲得動力。功能線圈是使用交流電,N 極與 S 極會互換,依照車輛量與超導性磁鐵位置,磁鐵的 N 極和 S 極能適時互換即可達到加速,由於車體與軌道間沒有摩力,能量不會因此而消耗。)然而,也因為磁鐵的同極互相排斥,令列車升高,當與路軌接觸時,會有不容易固定列車的狀況喔。

更多好文請看:《高溫超導體形成的秘密-電子袋》

雷葆的自行車還有許多需要克服的難題,比方說,若要因應不同體重的人們騎乘,就必須產生不同程度大小的磁托力;另外,車子移動的方向若不停的改變,又沒有像磁浮列車有輔助的軌道,電磁力的控制與計算就變的非常的重要,也是目前技術實施上最大的困難。

使用磁浮概念的新科技使用日新月異,2014年十二月德國重工業巨擘ThyssenKrupp就研發出沒有線纜的磁浮電梯,突破了傳統設計,製造出可以橫向移動的電梯,不僅速度快,也可讓多台電梯行走在單一通道中,充分的利用摩天大樓的空間。

德國大眾汽車(Volkswagen)在2012年北京車展的時候,提出了一個非常有趣的懸浮概念車的構想,它主張利用土壤中飽含的磁鐵礦,產生能量,進而促使汽車懸浮與前進。這款磁浮概念車,可以自動駕駛,透過聲控系統可以辨別人聲,並且開啟GPS定位且自動導航。最特別的是它的安全感應器系統,它能根據當時行駛的速度和周圍汽車的距離,自動計算出最安全的行駛距離,當可能發生危險時,懸浮概念車就會自動下沉。

附上影片:《Volkswagen’s The People’s Car Project: Hover Car PART 1》

期待未來的磁浮世界,能讓我們的生活空間的樣貌會更為豐富、更有彈性、也更有樂趣!

參考資料:

關於作者

汎如

PanSci 實習編輯,台大公衛系,對世界充滿好奇,最喜歡的句子是王爾德在《溫夫人的扇子》中寫的一句台詞:"We are all in the gutter, but some of us are looking at stars. "。沒錯,我們都身陷在日常生活的爛泥溝渠之中,但還是可以抬頭,仰望燦爛星空。:)