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磁悬浮盆栽一定要电力驱动吗,为什么做不到一块磁石稳定悬浮在另一块或一组磁石上空? 第1页

  

user avatar   huang-zhe-yu-95 网友的相关建议: 
      

不可以。恩绍定理(Earnshaw's theorem)不允许仅靠永磁体实现稳定的悬浮,也不允许永磁体和软磁体实现悬浮。恩绍定理不禁止通过永磁体和抗磁性材料实现悬浮。像超导体就是理想的抗磁性材料,所以超导体可以很方便的悬浮在磁铁上,或者相反:

不过美中不足的是现有的超导体至少要在液氮的低温下才有超导性,所以还是需要不断补充液氮。当然你要是住在冥王星上可以无视这句话。

除了超导普通的物质只能产生微弱的抗磁性。抗磁性最强的就是石墨和铋。用热解石墨和现有的稀土磁铁也能勉强实现磁悬浮。这个勉强算不需要外界做功,实现长期稳定悬浮的办法。

还有一种折衷的办法,用永磁体提供支持力,而抗磁性材料提供修正力,也能实现稳定悬浮。恩绍定理并不禁止这种情况。如图就是用手指作为抗磁性材料(注意手指只是用来稳定磁铁,支持力由别的磁铁提供):

nature.com/nature/journ


如果不要求完全不依赖外界做功,实现磁悬浮的办法就很多。最简单的就是用负反馈电路。用一块电磁铁下方悬吊一个铁球,悬吊可以消除横向不稳定性和倾斜不稳定性,只有一个纵向不稳定性需要人工补偿。用距离传感器控制线圈电流,距离太近就减小磁场,太远就提高磁场,就能实现稳定悬浮。市面上很多磁悬浮地球仪就是这个原理。这个原理也用在德国的磁悬浮列车上。

利用感应电流也可以实现悬浮。当磁体和导体发生相对运动时,会在导体内部感应出电流。根据楞次定律,这种感应电流产生的磁场方向总是阻碍这种相对运动。因此这种结构具有天然的稳定性。这种结构的好处是不需要该死的负反馈控制,只要外界不断做功维持运动,就可以稳定悬浮下去,而唯一的能耗仅仅是感应电流带来的,通过优化可以降到很低。这种原理可以用来做磁悬浮轴承,用于飞轮储能和人工心脏。日本的磁悬浮列车也是利用这种原理。


陀螺的自稳定性,市面上卖的悬浮陀螺“levitron”就是这个原理。利用环形磁铁产生的排斥力可以形成一个“势阱”,消除横向纵向不稳定性,但不能消除倾斜不稳定性。如果旋转起来就可以通过陀螺的自稳定性实现短暂的悬浮,最后陀螺会因为空气阻力失去稳定性。然而有人把levitron放进真空罩也不能长期转下去,最多维持个几分钟就掉下来。我不知道是因为陀螺减速还是因为别的不稳定性导致的。


对悬浮陀螺感兴趣的可以看看这篇论文

Spin stabilized magnetic levitation

。我没学过刚体力学就不能为你解释了。


user avatar   Ivony 网友的相关建议: 
      

简单说就是这等价于倒摆系统,倒摆系统不稳定。需要下面来个杂技演员不断地调整重心,这个调整重心的杂技演员就是下面的负反馈系统……


user avatar   floed 网友的相关建议: 
      

统计局工作人员也不过是公务员,没有受到过经济训练,所以他仅仅是给予统计,但是并没有解释能力。他所说的是“全员劳动生产率”我从来没有听说过,世界普遍通用所说的“劳动生产率”是单位时间内的产出,具体的说是每小时经济产出(output per hour worked)。

我们可以对比下这两个概念,统计局声称的“全员劳动生产生产率”是生产总增加值除以就业人口,意思为单位劳动力平均产出;普遍所用的“劳动生产率”是单位小时产出,所以实际上“全员劳动生产率”应该除以平均工时。由于中国人每年平均工作时间大概是2200小时,美国则为1750小时,所以实际上他的统计数据还要高估了,所以这个值应该为6%左右。由于我国处于后人口红利期,人口赡养比例较低,就业人口比例依旧高于平均水平。我国现在约有7.75亿人就业,而美国只有1.5亿人就业;同时我国就业人口工作时间都更长,分母更大的情况下分子就更小,所以实际上我国的劳动生产率和技术领先国家(美国)要比经济水平相对更低。

这个情况不仅仅出现在中国,在日本和韩国也是如此,普遍估计韩国的劳动生产率仅仅为美国的50.2%,日本则为65.4%。西班牙本身经济水平和韩国相近,但是工作时间远远少于韩国,实际上这意味着西班牙的劳动生产率远高于韩国,而根据OECD的估计西班牙的劳动生产率则为美国的74.5%。


即使如此,这个数据很明显是过分低估了中国的经济水平。理由有两个:

  1. 他使用的是2005年的美元计价,实际上应该调整到更接近现在的美元来计价(接近现价)。例如OECD使用的是2010年的不变价美元,一定程度上低估了韩国等新兴国家的经济水平,这一点 @Orz辉 所提到了。
  2. 汇率价值严重影响了测算,不管是韩国这种已经成为发达国家的新兴国家,还是波兰、土耳其等比较发达的新兴经济体,都面临着汇率被低估的问题。一定程度上来说,如果生产率的增长速度相当长时间保持和技术领先国家(如美国)相近的水平,那么用汇率计算的误差就小;而韩国、波兰、土耳其这些国家生产率快速追赶的国家则被低估。一个事实是波兰和土耳其如果用汇率计算的话,人均GDP则仅仅为10000美元,而实际上用购买力衡量则超过25000美元,所以OCED的统计表明,土耳其和波兰的生产率实际上和韩国相当,都超过了美国的50%,而不是仅仅为20%。所以实际上,统计局并没有考虑到每年76978元/人的实际价值是多少,而OECD的经济学家则使用的是PPPs。


一个可靠的方式是使用尽可能接近现价的不变价计算单位,并且使用购买力计算,例如OECD本身选择的是constant prices 2010 and PPPs。考虑到这两点我们做估算的话,中国的人均GDP按照购买力衡量现在大约美国的25%,中国的劳动生产率的可靠应该略高于美国的20%。所以,普遍的估计为中国的劳动生产率略微高于美国的劳动生产率的20%,一个比较精确的说法应该是21%。

从某种意义上,即使是21%的数字,中国的劳动生产率应该是被低估的。因为中国的经济规模应该大大高于现在已经测算的规模,在过去5年中国就已经更改了3次统计测量方式,每一次都提高了经济规模。即使如此,潜在的经济规模依旧存在,所以经济水平的低估意味着劳动生产率被低估了。

这种情况下,我们可以认为中国官方声称的劳动生产率增速远远高估了,因为中国政府高估了自己经济增长的速度。




  

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