GEOMAG è un sofisticato strumento magnetico di alta precisione, basato su un particolare circuito brevettato, che gli conferisce un’eccezionale forza di attrazione in rapporto al suo peso ed alle sue dimensioni.

GEOMAG è un eccezionale strumento di gioco didattico che ti accompagnerà in modo semplice e divertente nell’affascinante mondo del magnetismo, della geometria, della fisica, della chimica, dell’architettura, dell’ingegneria ed altro ancora.

IMPARIAMO A CONOSCERE GEOMAG

GEOMAG è costituito da due tipi di elementi base:

- BARRETTA rivestita in plastica lunga 27 mm e di diametro max 7,4 mm contenente due magneti permanenti posti alle due estremità e collegati all’interno da una spina di acciaio; i magneti sono disposti sulla spina con le polarità in serie, in modo tale che la barretta presenti le due teste con polarità opposta: una NORD (schematizzata per semplicità in blu) ed una SUD (schematizzata per semplicità in rosso).

Poli opposti si attraggono. 

Poli uguali si respingono. 

- SFERA in acciaio nichelato diametro 12,7 mm. 

L’acciaio è un materiale ferromagnetico ottimo conduttore di magnetismo, che è detto isotropo perchè lo conduce in tutte le direzioni; al contrario, i magneti permanenti (detti anisotropi), lo generano in un’ unica direzione (quella lungo l’asse della barretta). Questa caratteristica dell’acciaio fa sì che la sfera possa essere usata come semplice conduttore tra una barretta e l’altra o come un magnete indotto a seconda dell’impiego. Per spiegarci meglio useremo colori e numeri come segue:

Sfera blu - é una sfera polarizzata NORD (monopolarizzata)

Sfera rossa - é una sfera polarizzata SUD (monopolarizzata)

Il numero all’interno del singolo colore indica la quantità di barrette, di quella polarità, presenti sulla sfera.

Quindi, una sfera blu e rossa avrà sia una polarizzazione NORD che una polarizzazione SUD (sarà bipolarizzata)

Il numero all’interno del singolo colore indica la quantità di barrette di quella polarità, presenti sulla sfera.

Le sfere monopolarizzate, NORD o SUD, sono tutte magneti indotti e quindi in grado di attrarre altre sfere con tanta maggior forza quanto più è alto il numero di barrette, dello stesso segno, su di esse presenti; le sfere bipolarizzate risultano neutre (bilanciate) quando il numero di barrette delle due polarità presenti su di esse è uguale, mentre risultano magneti indotti quando i due numeri sono diversi e quindi in grado di attrarre altre sfere con tanta maggior forza quanto più è alta la differenza tra i due numeri.

L’acciaio delle sfere (per la sua isotropia) permette infatti di collegare una o più barrette con polarità uguali (senza sfera si respingerebbero) in quanto, conducendo il flusso magnetico in tutte le direzioni, permette la chiusura in aria della singola barretta.

Sfera monopolarizzata SUD da due barrette. 

Sfere con polarizzazioni di segno opposto si attraggono. 

Sfere con polarizzazioni di segno uguale e medesimo numero di barrette si respingono. 

NB. Le linee di flusso evidenziate nei disegni possono essere verificate riproducendo la stessa situazione con GEOMAG ed avvicinando una sfera in quella zona. Dove ci sono linee di flusso esterne, sentiremo attrarre la sfera.

Sfera bipolare sbilanciata - 1 NORD e 2 SUD. 

Sfera bipolare sbilanciata - 3 NORD e 1 SUD. 

IL SEGRETO DI GEOMAG

I magneti contenuti nelle barrette, generano una forza di attrazione il cui livello dipende dalla fatica che gli stessi  devono fare per  chiudere il flusso tra una polarità di un segno e quella di segno opposto. Per spiegarci meglio, se i due poli opposti sono collegati da un circuito di acciaio (ottimo conduttore magnetico) la forza di attrazione sarà massima; se al contrario tutto o parte del flusso deve attraversare l’aria (pessimo conduttore magnetico) la forza di attrazione sarà notevolmente inferiore.

Se realizziamo il più semplice circuito con GEOMAG, e cioè un  triangolo costituito da tre barrette alternate a 3 sfere, la forza di attrazione dipenderà dall’orientamento delle barrette. Vediamo perchè:

- le tre barrette sono poste con le polarità in serie; le sfere risultano quindi bipolari bilanciate ed il flusso magnetico si chiude tutto attraverso l’acciaio dei componenti GEOMAG. In queste condizioni l’energia dei magneti è sfruttata al 100% e la forza di attrazione tra barrette e sfere è MASSIMA; (avvicinando una quarta sfera non noteremo nessuna attrazione nessuna linea di flusso esterna).

  - basta girare una sola barretta  e la situazione cambia notevolmente; le polarità non sono più in serie; due delle tre sfere risultano monopolarizzate e buona parte del flusso deve chiudersi in aria; la forza di attrazione tra barrette e sfere risulterà MINIMA soprattutto sulle sfere monopolari; (avvicinando una quarta sfera noteremo una notevole attrazione che testimonia la presenza di flusso esterno).

La condizione come in  deve essere sfruttata nella costruzione di  figure tridimensionali  statiche anche  molto ardite  e  pesanti, e rappresenta il segreto della grande forza di GEOMAG.

La condizione come in  deve essere utilizzata negli aspetti dinamici ed in tutti quei casi in cui si vuole sfruttare l’attrazione e/o la repulsione tra sfere, e rappresenta il segreto della grande versatilità di GEOMAG.

Prendendo confidenza con questi segreti potrai sfruttare al massimo le grandi potenzialità di GEOMAG. Basterà aggiungere la tua intelligenza e la tua fantasia!

NB. Il campo magnetico generato da GEOMAG è di tipo statico (molto simile al campo magnetico terrestre) ed è caratterizzato da intensità ed ampiezza assolutamente irrilevanti per il corpo umano (a pochi millimetri dalla barretta il campo è praticamente nullo). Il campo magnetico statico non deve poi essere assolutamente confuso con i campi e le onde elettromagnetiche; questi ultimi infatti, al contrario del primo, rappresentano un sistema di trasporto di energia e sono sotto osservazione per la loro potenziale capacità di surriscaldare i tessuti organici.

ALCUNI ESEMPI PRATICI

Realizzandoli potrai verificare la tua abilità su quanto detto fino ad ora entrando magneticamente nel mondo della geometria tridimensionale, della statica e della dinamica, oltre a poter dimostrare importantissime leggi fisiche.

STATICA - Tetraedro regolare. 

È la più piccola figura tridimensionale realizzabile con GEOMAG. È un poliedro costituito da 4 facce triangolari, 6 spigoli (barrette), 4 vertici (sfere). Su ogni sfera convergono tre barrette ed è quindi impossibile bilanciare perfettamente i campi magnetici. La massima forza di attrazione tra barrette e sfere, si otterrà disponendo le barrette come in , in modo che le sfere risultino bipolari (staccando una qualunche sfera dovremo trovare 2 delle 3 barrette che si respingono). Avvicinando una quinta sfera ad ognuna delle sfere del tetraedro sentiremo una lieve attrazione che risulterà, su tutte, di intensità costante. L’attrazione è lieve perchè buona parte del flusso (il 70% circa) è cortocircuitato dai componenti metallici di GEOMAG.
Se ora invertiamo una barretta, in modo da  realizzare la disposizione come in , in cui una sfera risulta monopolare  (staccandola dovremo trovare le 3 barrette che si respingono), la forza di attrazione che sentiremo avvicinando la quinta sfera sarà notevolmente superiore (il 100% del flusso in quel punto si chiude in aria).
L’intensità e l’omogeneità di questo campo consentirà alla quinta sfera di rimanere sorprendentemente in equilibrio in cima al tetraedro.

STATICA - Ottaedro. 

È un poliedro costituito da 8 facce triangolari, 12 spigoli (barrette), 6 vertici (sfere). È la più piccola figura tridimensionale in cui si può sfruttare a pieno il segreto della grande forza di GEOMAG: barrette con polarità in serie - tutte le sfere risultano bipolari e bilanciate - il flusso magnetico è completamente cortocircuitato all’interno dei componenti.
MASSIMA FORZA DI ATTRAZIONE TRA BARRETTE E SFERE
(controlla l’esatta disposizione delle polarità avvicinando una sfera in tutti i punti della figura - non dovrai sentire alcun campo magnetico).
Curando con attenzione questo aspetto potrai costruire spettacolari strutture sferiche costituite da oltre mille barrette, riproduzioni di monumenti, figure di fantasia tutte estremamente ardite.

NB. Questi due poliedri, oltre all’esaedro che vedremo più avanti, sono già sufficienti per verificare il famoso TEOREMA DI EULERO che recita:
- In un poliedro, il numero delle facce più il numero dei vertici supera di 2 il numero degli spigoli -.

REPULSIONE tra sfere monopolari. 

Realizzando la semplice struttura in figura, curando però l’esatta disposizione delle polarità, assisteremo all’affascinante dondolio del triangolo superiore che è spinto in basso dal suo peso e in alto dalla repulsione magnetica tra le due sfere monopolari di segno uguale.

DINAMICA - Trottola ed effetto giroscopico. 

L’esaedro in figura, ha le due sfere ai vertici bipolari ma sbilanciate; sfruttando una sfera monopolarizzata da una barretta tenuta tra le dita, potremo sollevare l’esaedro e farlo ruotare attorno al suo asse; a questo punto, facendolo poggiare su una superficie piana, con un movimento rotatorio del polso incrementeremo notevolmente il suo regime di rotazione, fino al punto di poterlo staccare (con un colpo secco) dalla sfera da noi tenuta con la barretta, lasciandolo ruotare da solo per poi riprenderlo nuovamente prima che cada fermandosi (l’equilibrio dell’esaedro in rotazione dimostra l’effetto giroscopico).

DINAMICA - Principio di conservazione dell’energia. 

Creando la struttura in figura facendo attenzione che le due sfere che collegano le tre coppie di barrette risultino monopolari in modo da aumentare la loro forza di attrazione, otterremo, tenendo le due barrette alle estremità, ognuna con le dita di una mano, una figura che risulterà rotante ed allungabile lungo il proprio asse.
Ora, partendo dalla posizione più corta della struttura (fig.T1), mettiamo in rotazione con il mignolo la parte centrale della figura stessa; durante la rotazione allunghiamo lentamente la figura (fig.T2) e noteremo un aumento del regime di rotazione che tornerà più lento accorciandola nuovamente e cosè via.
Tale fenomeno é dovuto al fatto che l’energia del sistema di masse rotanti (barrette e sfere) deve rimanere costante. Queste ultime però, ruotando su raggi differenti, devono variare di conseguenza il loro regime di rotazione.

DINAMICA - Forza centrifuga ed inerzia. 

L’esaedro in figura si discosta da quello realizzato per la trottola per il solo fatto che le due sfere ai vertici sono monopolarizzate (una NORD e líaltra SUD) e questo per aumentarne la forza di attrazione. Tenendo con le dita di una mano la barretta superiore portiamo lentamente in rotazione l’esaedro; man mano che il regime di rotazione aumenta noteremo che le due barrette con sfere, appese nella parte inferiore, si divaricheranno sempre più, spinte dalla forza centrifuga, sino a ruotare su un piano orizzontale; lasciando rallentare da sola la struttura le barrette torneranno lentamente ad abbassarsi (la forza centrifuga è proporzionale al quadrato della velocità angolare).
Se invece, partendo dal regime di rotazione massima, blocchiamo di colpo l’esaedro, vedremo le due barrette appese proseguire la loro rotazione fin dove è possibile spinte dalla forza di inerzia. Per lo stesso principio, se da fermi, imprimiamo di colpo un moto rotatorio all’esaedro assisteremo ad uno scambio di energia tra l’esaedro e le barrette pendenti, che si accelereranno e si rallenteranno a vicenda per inerzia, sino a raggiungere entrambe lo stesso regime di rotazione.