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莫比乌斯环带的来源，莫比乌斯带的原理和由来

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在了解莫比乌斯带 VS 超导磁悬浮之前，先让我们系统地了解一下什么是莫比乌斯带和超导磁悬浮！

莫比乌斯带

莫比乌斯带（M?bius strip或者M?bius band），又译梅比斯环或麦比乌斯带，是一种拓扑学结构，它只有一个面（表面），和一个边界。它是由德国数学家、天文学家莫比乌斯和约翰·李斯丁在1858年独立发现的。这个结构可以用一个纸带旋转半圈再把两端粘上之后轻而易举地制作出来。事实上有两种不同的莫比乌斯带镜像，他们相互对称。如果把纸带顺时针旋转再粘贴，就会形成一个右手性的莫比乌斯带，反之亦类似。

莫比乌斯环带的来源，莫比乌斯带的原理和由来

简单举个例子帮助我们更好地了解莫比乌斯带：图片中的环带如果是正常的一个环，那么在红色面上运动的物体将无法移动到黄色面（除非经过边缘地带），但是如果把纸带顺时针旋转180°再粘贴，就会形成一个右手性的莫比乌斯带，这样一来，红色面上运动的物体就可以顺利移动到黄色面上。

那么如果将纸带再一次顺时针旋转再粘贴呢？想象一下，如果进行两次旋转（即360°旋转）再粘贴，那么环带就再次变成黄色带与红色带分离的状态。同理，进行三次旋转（即540°旋转）再粘贴，无限循环就出现了。

莫比乌斯带常被认为是无穷大符号“∞”的创意来源，因为如果某个人站在一个巨大的莫比乌斯带的表面上沿着他能看到的“路”一直走下去，他就永远不会停下来。但是这是一个不真实的传闻，因为“∞”的发明比莫比乌斯带还要早。

超导磁悬浮

超导磁悬浮主要是利用低温超导材料和高温超导材料实现悬浮的一种方式，低温超导技术采用在列车车轮旁边安装小型超导磁体，在列车向前行驶时，超导磁体则向轨道产生强大的磁场，并和安装在轨道两旁的铝环相互作用，产生一种向上浮力，消除车轮与钢轨的摩擦力，起到加快车速的作用。高温超导磁悬浮是一项利用高温超导块材磁通钉扎特性,而不需要主动控制就能实现稳定悬浮的技术。超导在运载上的其他应用可能还有用作轮船动力的超导电机、电磁空间发射工具及飞机悬浮跑道。

莫比乌斯环带的来源，莫比乌斯带的原理和由来

那么，为什么超导体能悬浮磁体？

1933年德国物理学家迈斯纳和奥森菲尔德对锡单晶球超导体做磁场分布测量时发现，在小磁场中把金属冷却进入超导态时，体内的磁力线一下被排出，磁力线不能穿过它的体内，也就是说超导体处于超导态时，体内的磁场恒等于零。这种效应被称为“迈斯纳效应”。

由于超导体“不允许”其内部有任何磁场，如果外界有一个磁场要通过超导体内部，那么超导体必然会产生一个与之相反的磁场，保证内部磁场强度为零，这就形成了一个斥力。当在一个超导体正下方放置一个磁体，并使磁感线垂直通过超导体的时候，超导体将获得垂直的上浮力。当这个力的大小刚好等于超导体的重力的时候，超导体就可以悬浮在空中。 在科幻大片《阿凡达》中就有设置的超导磁悬浮的情景。

莫比乌斯环带的来源，莫比乌斯带的原理和由来

那么问题来了，这两者有什么关系？

当超导材料遇到莫比乌斯带上的“无限循环”，简直是箭速。

装有超导体的小车悬浮于粘贴有磁铁的莫比乌斯带导轨上并可沿导轨运行。从导轨水平处观察，小车先位于导轨上方，运行一周后，位于导轨下方，再运行一周后回到原来位置。小车连续地经过了莫比乌斯带导轨上每个位置，爬遍整个曲面而不必跨过它的边缘，说明莫比乌斯带是一个单侧曲面，形象地展现了莫比乌斯带的单侧性。

小车既可以悬浮在磁铁上方，也可以悬挂于磁铁下方，说明了超导磁悬浮的特性。利用莫比乌斯带的单侧性特点，将其作为导轨，连续地演示超导磁悬浮的这一特性，加深观察者对超导磁悬浮现象的理解。

所述导轨包括条形铁质基板和矩形块状磁铁，条状铁质基板扭转180°后，两头连接构成闭合圈，矩形块状磁铁整齐排列四行粘贴在条状铁质基板两表面上，旁边两行磁铁N极垂直于铁质基板向外，中间两行磁铁S极垂直于铁质基板向外。

本实用新型的有益效果是：

1、充分展示莫比乌斯带基本性质，一辆超导磁悬浮小车在莫比乌斯带上行驶，爬遍整个曲面而不必跨过它的边缘，从而使观察者对之有深刻认识；

2、在展示莫比乌斯带的同时，可观察到超导磁悬浮现象，并连续地演示小车可以悬浮在导轨上方和下方，加深观察者对超导磁悬浮现象的理解；

3、演示形象生动，观看人感受深刻；

4、演示装置结构简单，拆卸搬运方便。

莫比乌斯环带的来源，莫比乌斯带的原理和由来

磁悬浮的应用最典型的代表是上海磁悬浮列车是“常导磁吸型”（简称“常导型”）磁悬浮列车。上海磁悬浮列车是一种吸力悬浮系统，利用安装在列车两侧转向架上的悬浮电磁铁，和铺设在轨道上的磁铁。磁悬浮列车上装有电磁体，铁路底部则安装线圈。通电后，地面线圈产生的磁场极性与列车上的电磁体极性总保持相同，两者“同性相斥”，在磁场作用下产生的吸力使车辆浮起来。磁悬浮列车头部的电磁体N极被安装在靠前一点的轨道上的电磁体S极所吸引，同时又被安装在轨道上稍后一点的电磁体N极所排斥。列车前进时，线圈里流动的电流方向就反过来，即原来的S极变成N极，N极变成S极。循环交替，列车就向前奔驰。 稳定性由导向系统来控制。

而如果结合莫比乌斯带的超导磁悬浮，从路经和能量循环的角度来所，都会是很大的创新。了想象一下，如果这样的技术运用到未来的交通等行业，会不会是另一个科幻世界？

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