لوییترون چیست؟
لوییترون (Levitron) برندی از اسباببازیها و هدایای شناور در بازارهای علمی و آموزشی است که توسط شرکتهای Creative Gifts Inc. و Fascination Toys & Gifts به بازار عرضه میشود. چرخدنده شناور این برند، یک اسباببازی تجاری است که پدیدهای به نام «معلقسازی مغناطیسی با تثبیت چرخشی» را به نمایش میگذارد. این روش که از آهنرباهای دائمی متحرک استفاده میکند، کاملاً با نسخههای دیگر که مبتنی بر میدانهای الکترومغناطیسی متغیر هستند، متفاوت است. در نسخههای الکترومغناطیسی، اشیاء مختلفی مانند کره زمین چرخان، مدل شاتل فضایی، قاب عکس یا حتی مدل ماشینها معلق میشوند. از سال ۱۹۹۴ تا ۱۹۹۹، بیش از ۷۵۰ هزار دستگاه از این چرخدنده شناور به فروش رفت.
مکانیزم دستگاه شناور
این اسباببازی در واقع شامل یک حلقه آهنربای دائمی و یک صفحه پایه مغناطیسی متناظر با هندسه حلقه یا سایر اشکال هندسی است. پارامترهای عملکردی این دستگاه، مانند سرعت چرخش و وزندهی، بسیار حساس و سختگیرانه هستند. چرخدنده لوییترون با بهرهگیری از اصول میدان مغناطیسی و تثبیت ژیروسکوپی، طی مراحل متقاطعی حالت معلقسازی را ایجاد میکند. چرخش تثبیتکننده این اسباببازیِ شناور به مرور زمان و به صورت طبیعی کُند میشود؛ بنابراین اگر نیروی خارجی برای حفظ چرخش اعمال نشود، پدیده شناوری پس از چهار دقیقه از بین میرود.
برای معلق کردن چرخدنده، ابتدا یک صفحه پلاستیکی روی پایه مغناطیسی قرار میگیرد و چرخدنده روی آن با سرعت ۲۵ تا ۵۰ دور در ثانیه (۱۵۰۰ تا ۳۰۰۰ دور در دقیقه) میچرخد. اگر سرعت کم باشد، چرخدنده میلرزد و از کنار پایه میلغزد؛ و اگر خیلی سریع باشد، نمیتواند خود را با خطوط میدان مغناطیسی هماهنگ کند و دوباره لغزش میکند. از آنجا که چرخاندن دستی اسباببازی با این سرعت دشوار است، شرکت سازنده دستگاهی دستی و باتریخور تولید کرده تا با موتور الکتریکی چرخدنده را بچرخاند. سپس، صفحه پلاستیکی به آرامی با دست بالا برده میشود و در صورت برقراری شرایط مناسب، چرخدنده تا نقطه تعادل بالا میرود. همچنین باید با استفاده از واشرهای مختلف موجود در بسته، وزن چرخدنده را تنظیم کرد. اگر خیلی سنگین باشد از صفحه بالا نمیرود و اگر خیلی سبک باشد، پرواز کرده و از محدوده خارج میشود.
پس از چند دقیقه، اصطکاک هوا سرعت چرخش را زیر حد بحرانی میرساند و چرخدنده سقوط میکند. دمای هوا، جریانهای هوایی، لرزش زمین و قطع منبع تغذیه نیز تعادل ظریفِ حفظ پایداری را بر هم میزنند. نسخههای آزمایشگاهی گرانقیمتتر میتوانند با حفظ چرخش و جبران فعالِ انحرافات، حالت شناوری را برای مدت نامحدود حفظ کنند. سازندگان لوییترون دستگاهی به نام «Perpetuator» (پایدارکننده) توسعه دادهاند که زیر لوییترون قرار میگیرد و پالسهای مغناطیسی اضافی ساطع میکند. این نیروی مضاعف، چرخدنده را به اندازه کافی هل میدهد تا سرعت ثابت خود را حفظ کند. با ثابت ماندن سرعت و کاملاً تراز بودن دستگاه، چرخدنده لوییترون میتواند برای دورههای زمانی طولانیتری بچرخد.
تاریخچه شرکت
اختراع و ثبت اختراع
نخستین دستگاه معلقسازی مغناطیسی دائمیِ تثبیتشده با چرخش، حدود سال ۱۹۷۶ توسط مخترعی به نام روی هاریگان از ورمونت اختراع و در سال ۱۹۸۳ ثبت اختراع شد. در اواسط دهه ۱۹۹۰، بیل هونز، کارآفرین سیاتلی که خود در حال بررسی امکان معلقسازی آهنربای دائمی بود، به اختراع هاریگان پی برد. هونز با هاریگان تماس گرفت و متعاقباً با او دیدار کرد. به درخواست هونز، هاریگان با این درک که وارد یک توافق تجاری شدهاند، اجازه داد نمونه اولیه خود را قرض ببرد. هونز با کمک پدرش که فیزیکدانی در آزمایشگاه ملی لوس آلاموس بود، فیزیک نمونه اولیه را تحلیل کرد و سپس برای «ثبت اختراع بهبودیافته» درخواست داد. در سال ۱۹۸۴، مستقل از روی هاریگان، مخترع دیگری به نام جوزف چیفو از پنسیلوانیا نیز پدیده معلقسازی مغناطیسی با تثبیت چرخشی را کشف کرد. چیفو دستگاه خود را توسعه داد و سعی کرد برای آن ثبت اختراع دریافت کند. وکیل چیفو با جستجو در اسناد ثبت اختراع ایالات متحده، از وجود پتنت هاریگان مطلع شد و در نتیجه تلاشهای چیفو برای ثبت اختراع متوقف شد. وکیل در ارزیابی نهایی اظهار داشت که اگرچه دستگاه موکلش احتمالاً قابلیت ثبت اختراع ندارد، اما میتواند بدون نقض پتنت هاریگان به بازار عرضه شود. در سال ۱۹۸۸، چیفو دستگاه خود را به صورت کیت به بازار عرضه کرد. برخلاف اختراع هاریگان که از آهنربای پایه فرورفته استفاده میکرد، آهنربای پایه دستگاه چیفو مستطیلی و دارای سطح بالایی صاف بود؛ شبیه به آهنربای پایه دستگاهی که هونز بعدها برای آن ثبت اختراع کرد و امروزه با نام لوییترون به عنوان اسباببازی محبوب فیزیک شناخته میشود.
در سالهای ۲۰۱۲ و ۲۰۱۴، لوییترونها با زاویه ۴۵ درجه و همچنین با محور چرخش افقی به کار گرفته شدند. این عملکرد مایل و افقی با کمک «V»های مغناطیسی اضافی به دست آمد. لوییترون افقی به ویژه بسیار پایدار است که این ویژگی به آن پتانسیل آموزشی بالایی میبخشد.
دعوی حقوقی علامت تجاری
در دهه ۱۹۹۰، مایکل و کارن شرلوک، زوجی که در آن زمان شریک یکدیگر بودند، شرکتی به نام «UFO» را در نیومکزیکو تأسیس کردند تا لوییترون را تحت یک توافق شفاهی و مشارکت با شرکت هونز (Creative Gifts, Inc.) به بازار عرضه کنند. تلاشها برای رسمیسازی این توافق به صورت کتبی باطل شد و پس از آنکه مدیران UFO متوجه اختراع قبلی این دستگاه توسط هاریگان شدند، اوضاع تلختر گردید. آنها وبسایت خود را بازطراحی کردند و مقالهای افشاگرانه با عنوان «تاریخچه پنهان لوییترون!» را منتشر کردند که در آن هونز را به دزدی اختراع از هاریگان متهم میکرد. در مقابل، شرکت Creative Gifts نیز به اتهاب نقض علامت تجاری، علیه شرکت UFO و مالکان آن در دادگاه فدرال نیومکزیکو شکایت کرد. در دادگاه بدوی و دادگاه تجدیدنظر، ادعاهای علامت تجاری شرکت Creative Gifts تأیید شد و تمام ادعاهای متقابل UFO رد گردید؛ چرا که دادگاه به دلیل سوءاستفاده از فرآیند کشف ادله، این شرکت را که خود را بدون وکیل دفاع میکرد، جریمه کرد. دادگاه تجدیدنظر در رأی خود، با اشاره به لایحه یکصفحهایِ UFO که فاقد هرگونه استناد به سوابق یا بحث حقوقی مرتبط بود، اظهار داشت: «آنها خودشان را با پای خود تیر زدند.»