铜不吸磁，却能让下落的磁铁慢下来

一根1.7米长的铜管竖起来，从顶端放进一块纽扣大小的钕铁硼磁铁。

如果没有这根管子，它落完1.7米用不了0.6秒。在铜管里，它用了22.9秒。

这是巴西几位物理学家2006年发表在《American Journal of Physics》上的实测数据。同样大小的非磁性物体从这根管子里掉下去，不到1秒就出来了。

铜并不吸磁铁，那么，是什么让磁铁在铜管里慢了下来？

铜的那一点磁性，可以忽略

最先想到的解释，往往是“铜其实有一点磁性”。

铜确实不是完全没有磁性。它是抗磁性材料，磁化率大约是−9.7×10⁻⁶，数值为负，意味着它放进磁场里会产生极弱的磁化，方向和外场相反，会被磁铁轻轻推开。

这个力弱到什么程度？我们以一块Φ12×12 mm的N45钕铁硼圆柱磁铁，和一根外径16 mm、壁厚1 mm 的铜管为例，按模型估算，磁铁刚到管口、抗磁斥力最大的时候，这个力也只有磁铁自身重量的六千分之一左右。磁铁进入管子中段以后，周围的铜对称分布，这点斥力还会互相抵消。

还有一个更直接的观察。用手捏住磁铁，让它停在铜管中间，手上其实感觉不到任何额外的拉扯力。

但是一松手，情况就变了。

阻力只在磁铁运动时出现。问题因此变成：运动改变了什么？

磁铁一动，铜管里就有了电流

可以把铜管想象成一圈一圈叠起来的铜环。

磁铁的磁力线会穿过它附近的每一圈铜环。磁铁静止时，穿过每圈铜环的磁通量不变。磁铁一旦下落，它下方的铜环穿过的磁通在增加，上方的铜环穿过的磁通在减少。

1831年，英国物理学家法拉第发现，穿过闭合导体回路的磁通发生变化，回路里就会产生感应电动势。铜是很好的导体，这个电动势会在铜环里推动出一圈环形电流。这种在导体内部感应出的环流，叫涡流。

涡流会产生自己的磁场。它的方向由楞次定律决定：感应电流的效果，总是阻碍引起它的那个磁通变化。所以涡流的磁场并不总是和磁铁的磁场相反，要看那里的磁通是在增加还是在减少。

磁铁下方，磁通在增加，那里的涡流产生的磁场与磁铁相斥，把磁铁往上推。上方的铜环正好相反。磁通在减少，涡流的磁场会吸引磁铁，把它往回拉。

一推一拉，方向都向上。

越快阻力越大，所以它匀速下落

这股向上的力有多大，取决于磁通变化得有多快，也就是磁铁落得有多快。在这种低速下，速度翻倍，感应电动势翻倍，涡流翻倍，力也大约翻倍。

磁铁刚进管口时速度很小，阻力也很小，它先接近自由落体地加速。速度一上来，阻力跟着涨，直到阻力正好等于重力。此后合力为零，磁铁就以一个恒定的速度往下走，这个速度叫收尾速度。就像跳伞者打开降落伞后速度稳定下来，也是阻力追上了重力。

这个过程非常快。按前面那组尺寸估算，磁铁只需约二十毫秒就基本达到收尾速度，这期间落下还不到1毫米。所以肉眼看上去，它几乎是一进管口就开始“慢动作”。

磁铁匀速下落，动能不变，重力势能却在持续减少。减少的能量变成了热。涡流在有电阻的铜里流动，和电流流过电炉丝一样会发热。

只是量非常小。10克左右的磁铁落下1米，释放的能量才0.1焦耳，平摊到1米长的铜管上，升温不到千分之一摄氏度，手摸不出来。磁铁本身并不提供这部分能量。能量来自重力，磁铁和铜管只是把它转成了热。这一点在前文《磁铁一直在吸东西，为什么不会把能量用光？》里有更完整的讨论。

这股阻力还有一条边界。它随速度减小而减小，磁铁一停，磁通不再变化，已有的涡流很快因电阻衰减，阻力也就消失了。所以单靠涡流，可以让运动变慢，却不能把一个受力的物体停住并固定在原地。过山车末段的磁力制动就是这样，它能把车速降下来，要让车完全停稳，还得靠摩擦刹车或橡胶轮。

什么决定它有多慢