Was ist ein Levitron?

Ein Levitron besteht aus zwei Teilen: einem magnetischen Kreisel und einer magnetischen Grundplatte. Versetzen Sie den Kreisel in schnelle Rotation, schwebt er stabil über der Basis – das untere Ende des Kreisels wird von der Grundplatte magnetisch abgestoßen. Da die Drehbewegung in der Luft mit deutlich weniger Reibung abläuft als auf einer festen Unterlage, kann der Magnetkreisel im Idealfall bis zu zehn Minuten frei in der Luft rotieren. Das Levitron gab es sowohl in einer Ausführung aus Kirschholz als auch aus Kunststoff.

Dieses physikalische Spielzeug ist seit rund dreißig Jahren bekannt. Nicht nur der frei schwebende Kreisel selbst wirkt verblüffend – das Levitron ist auch deshalb physikalisch so faszinierend, weil es scheinbar einem der grundlegenden Gesetze des Magnetismus widerspricht.

Das Earnshaw-Theorem: Warum das eigentlich unmöglich ist

Das Earnshaw-Theorem besagt vereinfacht gesagt, dass sich kein statischer magnetischer Aufbau finden lässt, über dem ein Magnet dauerhaft stabil schwebt. Ein einfacher Magnet, den Sie über eine Grundplatte halten, kippt daher unweigerlich zur Seite oder schnellt zusammen – eine ruhende Schwebeposition ist ohne zusätzlichen Trick physikalisch nicht möglich.

Das Levitron umgeht diese Einschränkung mit einem entscheidenden Kniff: Der Kreisel schwebt nicht ruhend, sondern rotierend. Erst die schnelle Drehbewegung erzeugt einen stabilisierenden Effekt, der das Earnshaw-Theorem scheinbar außer Kraft setzt – tatsächlich wird lediglich eine seiner Grundvoraussetzungen (ein rein statisches System) nicht erfüllt.

Drehimpuls und Präzession: Die Physik dahinter

Der Drehimpuls ist eine physikalische Größe, die angibt, welche Richtung und Geschwindigkeit eine Drehbewegung hat. Versucht eine äußere Kraft, die Drehachse des Kreisels zu kippen, weicht der Kreisel dieser Kraft senkrecht aus, um seinen Gesamtimpuls zu erhalten. Genau das führt zu einer Kreisbewegung der Achse: der Präzession. Dieses Phänomen lässt sich an jedem rotierenden Kreisel beobachten.

 

• ✓Kreisel richten sich durch Präzession immer wieder neu auf – selbst wenn Schwerkraft oder Magnetkraft an ihnen ziehen
• ✓Erst wenn die Reibung der Luftmoleküle den Kreisel immer weiter abbremst, wird die Drehung zu langsam und instabil
• ✓Der Magnetkreisel fällt schließlich, sobald die Präzession die Kippkraft nicht mehr ausgleichen kann

Der stabile Schwebebereich

Laut Hersteller befindet sich der Kreisel bei ungefähr 20 bis 26 Umdrehungen pro Sekunde in einer stabilen Lage. Außerhalb dieses Bereichs wird die Drehung instabil – der Kreisel darf sich also weder zu schnell noch zu langsam drehen:

Justierung: Temperatur, Gewicht, Ebenheit

Ein Levitron muss vor jeder Verwendung neu justiert werden. Der Grund dafür liegt in mehreren empfindlichen Einflussfaktoren, die zusammenspielen müssen, damit der Kreisel überhaupt stabil abhebt:

• ✓Die richtige Drehgeschwindigkeit des Kreisels
• ✓Das passende Kreiselgewicht – zu leicht, und er fliegt nach oben weg; zu schwer, und er hebt gar nicht erst ab
• ✓Eine absolut ebene Grundplatte, notfalls durch Drehen an den Füßen nachjustiert

Lieferumfang

Um den Kreisel stabilisieren zu können, gehören zu einem Levitron neben der Grundplatte, dem Holzaufsatz beziehungsweise der Schwebehilfe und dem Magnetkreisel selbst mehrere feine Scheiben und Ringe mit einem Gewicht zwischen 0,06 und 3,0 Gramm:

• ✓zwei große Messingscheiben (3,0 g)
• ✓drei kleine Messingscheiben (1,0 g)
• ✓zwei rote Plastikscheiben (0,4 g)
• ✓eine grüne Plastikscheibe (0,2 g)
• ✓zwei gelbe Plastikringe (0,1 g)
• ✓zwei Gummiringe (0,06 g)

Anleitung: Schritt für Schritt zum Schwebe-Erfolg

Stellen Sie das Levitron auf einen Tisch – in der Nähe sollten sich keine metallischen Gegenstände befinden. Setzen Sie die hölzerne Schwebehilfe mit der glatten Seite nach oben mittig auf die Grundplatte. Üben Sie das Andrehen des Kreisels am besten zunächst abseits der Grundplatte, denn er ist recht schwer und lässt sich nur mit ausreichend hoher Umdrehungszahl zum Schweben bringen.

• 1 Drehen Sie den Kreisel mit ausreichend hoher Drehzahl an. Er muss dabei senkrecht in der Mitte des Levitron rotieren und im Kontakt mit der Unterlage bleiben – nicht vorzeitig anheben.
• 2 Läuft der Kreisel stabil auf der Schwebehilfe, heben Sie diese vorsichtig an, bis der Kreisel abhebt und zu schweben beginnt. Stützen Sie Ihre Hände dabei am besten seitlich ab.
• 3 Wirkt der Kreisel zunächst instabil, kann er sich beim Anheben oft noch von selbst stabilisieren – etwas Geduld zahlt sich aus.
• 4 Sobald der Kreisel frei schwebt, drehen Sie die Schwebehilfe um, damit der Magnetkreisel später sicher in der Kuhle landen kann.

Typische Fehlerquellen:

• ✓Springt der Kreisel zur Seite weg, steht die Grundplatte schief und muss nachjustiert werden
• ✓Springt der Kreisel nach oben weg, ist er zu leicht und benötigt mehr Gewicht
• ✓Hebt der Kreisel gar nicht ab, ist er zu schwer und benötigt weniger Gewicht

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Häufige Fragen (FAQ)