Co je magnetická síla a proč se liší od přídržné síly?

Magnetická síla u magnetů určuje, jak silně působí magnet na kovový feromagnetický protikus nebo na jiný magnet. Z ní vyplývá přídržná síla, tedy jakou hmotnost magnet udrží, a odtrhová síla – kolik je jí potřeba k jeho oddělení od nosného podkladu. Tyto hodnoty závisí na tvaru, velikosti a magnetizaci magnetu i na materiálu, na který se magnet přicvakne. Proto může stejný magnet držet velmi pevně na hladké oceli, ale jen slabě na tenkém nebo natřeném plechu.

Co je magnetická síla?

Magnetická síla je fyzikální jev, který popisuje vzájemné působení mezi magnetem a materiálem, jenž je k magnetu přitahovaný. V praxi se ze samotné magnetické síly odvozují hodnoty, které mají pro uživatele největší význam – přídržná síla a odtrhová síla.

Přídržná síla vyjadřuje, jak velkou hmotnost magnet udrží, pokud jej umístíte na ideální ocelový povrch. Odtrhová síla naopak definuje, kolik je potřeba síly k tomu, aby se magnet od povrchu odlepil. Obě hodnoty přitom závisejí nejen na magnetu samotném, ale také na tvaru, velikosti a vlastnostech kovového protikusu, především jeho tloušťce.

Z fyzikálního hlediska se síla měří v newtonech (N). V praxi se ale pro lepší srozumitelnost někdy používají jednotky gramy (g) nebo kilogramy (kg), které zjednodušují vyjádření, jak těžký předmět magnet udrží.

Proto se u magnetů běžně setkáte s označením například „magnetická přídržná síla 2 kg“, i když fyzikálně správně by se měla uvést síla v newtonech.

Převod mezi newtony a kilogramy

Magnetická síla se podle fyzikálních pravidel měří v newtonech (N). Jeden newton je síla, která udělí tělesu o hmotnosti 1 kilogram zrychlení 1 metr za sekundu na druhou (s²).

Když se řekne „metr za sekundu na druhou (m/s²)“, jde o to, o kolik se rychlost zvětší každou sekundu. Pokud auto zrychlí z nuly na 10 metrů za sekundu (asi 36 km/h) během 5 sekund, přidává každou sekundu 2 m/s – a právě tomu se říká zrychlení 2 m/s². 

Podobně když vám z ruky spadne jablko, zrychluje při pádu přibližně o 10 metrů za sekundu každou další sekundu. Po první sekundě tedy letí rychlostí 10 m/s, po dvou už 20 m/s, po třech 30 m/s a tak dále.

Pro přepočet platí vztah:

1 N ≈ 0,102 kg nebo 1 kg ≈ 9,81 N

Tabulka převodu

Síla se správně měří v newtonech (N). V kilogramech ji uvádíme jen orientačně, aby bylo jasné, jakou hmotnost magnet přibližně udrží na Zemi.

Tímto způsobem můžete porovnat fyzikálně správnou hodnotu v newtonech s běžně uváděnou hmotností v kilogramech.

Může se hodit: 7 hlavních faktorů, které oslabují a ničí magnety + tipy na řešení

Jak tvar a velikost ovlivňují přídržnou sílu

Síla magnetu není daná jen materiálem, z něhož je vyrobený a způsobu magnetizace, ale také rozměry a tvarem.

Obecně platí, že větší magnetická plocha umožňuje lepší přenos silových linií do kovového protikusu, a tím i vyšší přídržnou sílu. Proto mají plošší a širší magnety často vyšší účinek než úzké a dlouhé při stejné hmotnosti.

Praktickým příkladem je diskový kotoučový magnet, který má díky své ploše dobrou přídržnou sílu na rovné ocelové desce. Naproti tomu tyčový válečkový magnet se stejným průměrem, ale větší výškou, nemusí držet lépe – magnetické pole se rozprostírá jinak a účinná plocha kontaktu zůstává stejná.

U kvádrových magnetů zase záleží na tom, jak je položíte – zda delší stranou nebo užší hranou na kovový povrch.

Velikost magnetu má tedy vliv na to, jak silně bude držet, ale rozhodující je vždy plocha, která je v kontaktu s podkladovým protikusem. I menší neodymový magnet může být velmi silný, pokud je vyrobený z NdFeB a má dobře využitelnou kontaktní plochu.

Vliv materiálu a umístění – proč ten samý magnet někde drží a jinde méně pevně

Magnetická síla závisí nejen na samotném magnetu, ale také na materiálu a tvaru protikusu a na způsobu, jakým magnet na něj působí.

1. Přídržná (normálová) vs. smyková síla

Magnetická síla se uvádí pro ideální podmínky – tedy přídržná síla (takzvaná adhezní nebo normálová), kdy magnet působí kolmo na hladkou a silnou ocel. V takovém případě může magnet udržet předmět nejpevněji.

Pokud ale magnet přicvaknete na svislou plochu (například na lednici) a zatížíte jej, uplatňuje se kromě přídržné i smyková síla – ta působí rovnoběžně s povrchem a reálná přídržná síla je pak výrazně nižší, zhruba 15 až 25 % původní přídržnosti.

2. Materiál a tloušťka podkladu

Přídržná síla navíc klesá, pokud je podkladem tenký nebo nevhodný materiál. Ideální je silná ocel (S235JR o tloušťce 10 mm), která dokáže dobře „nasytit“ magnetické pole.

Tenký ocelový plech přídržnou sílu výrazně snižuje – magnetické pole se nemůže plně uzavřít.

Neferomagnetické materiály jako hliník, měď, dřevo nebo plasty magnet vůbec nepřitáhnou. Pokud jsou mezi magnetem a ocelí, fungují jen jako mezivrstva, která sílu dále oslabuje.

Magnetická, přídržná a odtrhová síla

Magnetická síla je základní jev, ze kterého se odvozují praktické hodnoty – přídržná a odtrhová síla. Ty vyjadřují, jak pevně magnet drží na ideálním podkladu a jak obtížné je jeho odtržení.

V praxi ovšem sílu ovlivňuje celá řada faktorů: tvar a velikost magnetu, směr zatížení, tloušťka a kvalita ocelového protikusu i vzdálenost způsobená nátěrem, prachem nebo jinou překážkou. Proto je dobré počítat s tím, že stejné magnety mohou fungovat na různých površích různě.

Časté otázky na téma magnetická síla (FAQ)

1. Co znamená přídržná síla u magnetu?

Přídržná síla vyjadřuje maximální hodnotu, kterou magnet udrží na hladké a silné ocelové desce při kolmém umístění.

2. Proč magnet na lednici neudrží tolik jako na ocelovém nosníku?

Lednice má jen tenký ocelový plech a magnet je navíc zatížen smykovou silou. Na masivním nosníku se uplatní celá přídržná síla.

3. V jakých jednotkách se magnetická síla uvádí?

Fyzikálně správně se měří v newtonech (N), v praxi se ale často převádí na kilogramy, protože jsou pro uživatele srozumitelnější.

4. Jaký vliv má tloušťka kovového podkladu?

Čím je podklad silnější a kvalitnější, tím více magnetického pole pojme a tím vyšší je reálná přídržná síla magnetu.

5. Proč magnet snáze sklouzne po svislé ploše?

Protože smyková síla je výrazně nižší než přídržná – obvykle jen 15 až 25 % její hodnoty. Proto magnet, který na desce drží pevně, se na lednici s těžším předmětem posune.

Prozkoumejte také:

• Přídržná vs. smyková síla magnetů – kolik kg magnety udrží
• 7 faktorů, které ovlivňují přídržnou sílu magnetů
• Drží lépe magnet přicvaknutý k magnetu nebo magnet k oceli? Co je lepší

Odhalte další zajímavosti o magnetech v magnetické encyklopedii.