Τα υλικά που χρειάζονται για να φτιάξετε έναν κινητήρα BeakMan είναι, πηνιόσυρμα (είναι ο χάλκινος αγωγός με το οποίο φτιάχνονται τα πηνία. Διαφέρει από τον κοινό χάλκινο αγωγό, στο ότι έχει ένα στρώμα από μονωτικό υλικό. Έτσι οι σπείρες του πηνίου, δεν βραχυκυκλώνουν μεταξύ τους ακόμα και όταν βρίσκονται σε επαφή) και ένας μαγνήτης.

Ο μαγνήτης είναι ένα υλικό το οποίο μπορείτε να το βρείτε σχετικά εύκολα. Δε συμβαίνει το ίδιο, όμως , και με το πηνιόσυρμα. Μόνο εξειδικευμένα μαγαζιά πουλάνε έτοιμο πηνιόσυρμα.

Μπορείτε να φτιάξετε μόνοι σας ένα πηνιόσυρμα, από κοινό χάλκινο αγωγό που θα τον εμποτίσετε σε μονωτική λακ (με πινέλο, σπρέι ή οτιδήποτε άλλο). Η διαδικασία αυτή είναι αρκετά επίπονη και χρονοβόρα, οπότε δε συμφέρει (για τη συγκεκριμένη κατασκευή).

Ο καλύτερος τρόπος για να πάρετε ένα έτοιμο πηνιόσυρμα είναι να... διαλύσετε (κυριολεκτικά) έναν ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΤΗ !

Το πρώτο πράγμα που χρειαζόμαστε είναι ένας μόνιμος μαγνήτης. Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε οποιονδήποτε μαγνήτη, αρκεί να σχηματίζει σχετικά έντονο μαγνητικό πεδίο (Αυτό μπορείτε να το καταλάβετε από το πόσο εύκολα "κολλάει" στο μέταλλο)

Ο μόνιμος μαγνήτης

Για τις ανάγκες τις κατασκευής, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε έναν μαγνήτη που θα  βγάλετε από έναν χαλασμένο σκληρό δίσκο Η/Υ (φαίνεται στην φωτογραφία)

 Πάντως όσο πιο δυνατός είναι ο μαγνήτης τόσο το καλύτερο.

Η πρώτη ύλη... Ο μετασχηματιστής

Το να βρείτε έναν μετασχηματιστή είναι σχετικά εύκολο. Μπορείτε να τον πάρετε από τροφοδοτικά ή φορτιστές που δεν λειτουργούν ή δεν τους χρειάζεστε άλλο. Από χαλασμένες τηλεοράσεις - ραδιόφωνα και πολλά άλλα. Φυσικά είναι δυνατόν να αγοράσετε και έναν καινούργιο από ένα κατάστημα ηλεκτρονικών (το κόστος για έναν μικρό μετασχηματιστή δεν είναι μεγάλο).

Το πώς θα ανοίξετε (ή καλύτερα το πώς θα σπάσετε) τον μετασχηματιστή απαιτεί πολύ προσοχή, όχι γιατί υπάρχει η πιθανότητα να καταστρέψετε το πολύτιμο πηνιόσυρμα, αλλά γιατί είναι επικίνδυνο να τραυματιστείτε. Οι μεγαλύτεροι μετασχηματιστές έχουν βίδες στις λάμες και είναι ευκολότερο να αποσυναρμολογηθούν, σε αντίθεση με τους μικρότερους (τους οποίους θα πρέπει να σπάσετε)

Εδώ δε θα σας περιγράψω την διαδικασία που πρέπει να ακολουθήσετε για να ανοίξετε έναν μετασχηματιστή, γιατί αυτό εξαρτάται και από το είδος του μετασχηματιστή που έχετε στα χέρια σας. Βάλτε λοιπόν τη φαντασία (και την ικανότητά) σας να δουλέψει ή ζητήστε βοήθεια από κάποιον πιο έμπειρο.

Στην παρακάτω εικόνα βλέπετε έναν μετασχηματιστή (μεγάλο) που έσπασα προκειμένου να πάρω το πηνιόσυρμα. Τις λάμες τις έβγαλα μια μια, αφού πρώτα αφαίρεσα τις βίδες που τις συγκρατούσαν, ενώ απαιτήθηκε και η βοήθεια ενός κόπτη (ή μιας πένσας) για να σπάσω κάποια τμήματά του

Αυτός ήταν κάποτε ένας μετασχηματιστής

Το πρώτο πράγμα που πρέπει να φτιάξουμε, είναι τα δύο στηρίγματα που θα συγκρατούν το περιστρεφόμενο πηνίο του κινητήρα, καθώς επίσης και θα το τροφοδοτούν με ηλεκτρικό ρεύμα.

Αφού ανοίξετε ή πιο σωστά αφού σπάσετε τον μετασχηματιστή, ξετυλίξτε ένα μικρό τμήμα του τυλίγματός του (γύρω στα 8 cm) και κόψτε το (με έναν κόπτη).

Με ένα κοπίδι (ή μαχαίρι) ξύστε την επιφάνεια του αγωγού και στις δύο άκρες του, ώστε να αφαιρεθεί η μόνωση που τον καλύπτει και να παρουσιαστεί ο καθαρός χαλκός (ο οποίος πρέπει να φαίνεται γυαλιστερός).

Πάρτε τη μια άκρη του αγωγού (όπου έχετε απομακρύνει την μονωτική επίστρωση) και περιστρέψτε την (με μια πένσα) ώστε συνολικά να σχηματίσει το γράμμα ρ. Φροντίστε η απογυμνωμένη περιοχή να βρίσκεται επί του κύκλου του σχηματισμένου γράμματος ρ, όπως φαίνεται στην παρακάτω εικόνα

Παρατηρήστε ότι η απογυμνωμένη περιοχή του χαλκού γυαλίζει, σε σχέση με την περιοχή όπου υπάρχει η μονωτική επίστρωση.

Στη συνέχεια κάμψτε το στήριγμα ώστε να σχηματιστεί μια ορθή γωνία. Το σημείο της κάμψης του στηρίγματος, εξαρτάται από τη διάμετρο του περιστρεφόμενου πηνίου του κινητήρα, αλλά και το ύψος του μόνιμου μαγνήτη που θα χρησιμοποιήσετε (το πηνίο και ο μαγνήτης πρέπει να βρίσκονται σε κοντινή απόσταση, χωρίς να ακουμπάει το ένα το άλλο). Για αυτό είναι προτιμότερο να κάνετε αυτή τη διαδικασία στο τέλος (όταν θα έχετε ολοκληρώσει την κατασκευή του πηνίου). Πάντως στην παρακάτω εικόνα σας δείχνω, πώς περίπου πρέπει  να μοιάζει το κάθε στήριγμα.

Η άκρη του στηρίγματος (αυτή που δεν έχει περιστραφεί) είναι και αυτή απογυμνωμένη από το μονωτικό επίστρωμα

Ακολουθείστε την ίδια διαδικασία και για το δεύτερο στήριγμα.

Ξετυλίξτε ένα μικρό τμήμα του τυλίγματος του μετασχηματιστή (γύρω στα 10 cm).
Τοποθετήστε μια μπαταρία AAA μικρού μεγέθους (σαν αυτές που βάζουμε στα ρολόγια - ξυπνητήρια) στην άκρη του παραπάνω τμήματος (προς την μεριά του μετασχηματιστή), ώστε η μπαταρία να εφάπτεται στον μετασχηματιστή.

Τυλίγουμε τον αγωγό γύρω από την μπαταρία, καθώς ταυτόχρονα τον ξετυλίγουμε από τον μετασχηματιστή.
Η περιέλιξη που κάνουμε γύρω από την μπαταρία δε χρειάζεται να είναι ομοιόμορφη. Αντιθέτως, μια ελαφρώς ακανόνιστη περιέλιξη θα βοηθήσει και στην σταθερότητα των σπειρών του πηνίου.
Το τελικό αποτέλεσμα πρέπει να φαίνεται περίπου, σαν την επόμενη φωτογραφία

Η φωτογραφία προέρχεται από το site του Simon Quellen Field (www.scitoys.com), όπου περιγράφεται η αντίστοιχη κατασκευή. Δυστυχώς, δεν είχα πρόχειρη μια δική μου φωτογραφία για να την ανεβάσω.

Αφού περιελίξετε 25 με 30 σπείρες (όσο περισσότερες τόσο το καλύτερο, αρκεί να μη χαθεί η συνοχή των σπειρών και να μην αυξηθεί πολύ το βάρος) γύρω από την μπαταρία, αφήστε ξανά ένα μικρό τμήμα (γύρω στα 10 cm) του τυλίγματος να εξέχει (όπως και το προηγούμενο, αλλά από την αντίθετη κατεύθυνση).

Απομακρύνετε την μπαταρία, από το τύλιγμα που φτιάξετε γύρω της, προσέχοντας να μην χαθεί η συνοχή των σπειρών. Για το λόγο αυτό, καθώς θα απομακρύνετε την μπαταρία, θα πρέπει επιπλέον να κρατάτε τις σπείρες του πηνίου κοντά τη μια στην άλλη, για να μην απλωθούν. Για να απομακρύνετε την μπαταρία, ίσως χρειαστεί να βάλετε περισσότερη δύναμη.

Τώρα ακολουθεί και το πιο δύσκολο (ίσως) μέρος της κατασκευής, το οποίο είναι κρίσιμο για τη σωστή λειτουργία του κινητήρα Beakman.

Τα τμήματα του πηνίου  (αυτά των 10 cm) που εξέχουν σε αντιδιαμετρικές θέσεις από τις σπείρες, θα πρέπει να τυλιχθούν εγκάρσια δύο (ή περισσότερες) φορές γύρω από το πηνίο. Με αυτόν το τρόπο θα διατηρηθεί η συνοχή των σπειρών. Το κάθε τμήμα του πηνιοσύρματος που θα περισσέψει (και πρέπει να περισσέψει) το τυλίγουμε κάθετα, μια ή δύο φορές γύρω από το αντίστοιχο εγκάρσιο τμήμα (αυτό που τυλίξαμε προηγουμένως) του πηνίου, από την εξωτερική πλευρά (εδώ θα χρειαστεί η βοήθεια μιας πένσας). Τα τελικά τμήματα που απομένουν, θα χρησιμοποιηθούν ως άξονας περιστροφής.
Το σημαντικό, που πρέπει να προσέξετε, είναι οι δύο άξονες να βρίσκονται όσο το δυνατόν σε αντιδιαμετρικές θέσεις, έτσι ώστε να διευκολύνεται η περιστροφή.

Το τελικό αποτέλεσμα πρέπει να μοιάζει με το ακόλουθο

Για να καταλάβετε αυτό που σας λέω στην παραπάνω σημείωση, κοιτάξτε τις παρακάτω φωτογραφίες

Η φωτογραφία προέρχεται από την ιστοσελίδα του Simon Quellen Field (www.scitoys.com). Παρατηρήστε πόσο προσεγμένο και όμορφα κατασκευασμένο είναι το πηνίο (ένας λόγος είναι ότι χρησιμοποιήθηκε αγωγός μικρότερου πάχους, που είναι ευκολότερα επεξεργάσιμος).

Αυτή η φωτογραφία προέρχεται από την ιστοσελίδα του Chris Palmer (fly.hiwaay.net/~palmer/index.html). Εδώ ο αγωγός του πηνίου είναι λεπτότερος, με αποτέλεσμα να είναι εύκολο να περιελίξετε περισσότερες σπείρες.

Τώρα είμαστε έτοιμοι να προχωρήσουμε στο μυστικό της κατασκευής. Είναι η αιτία που κάνει το πηνίο να περιστρέφεται.

Κρατήστε το πηνίο έτσι ώστε να είναι κάθετο σε μια οριζόντια επιφάνεια (να είναι όρθιο δηλαδή). Πάρτε ένα κοπίδι (ή μαχαίρι) και ξύστε το πάνω μισό της μονωτικής επίστρωσης και στους δύο άξονες του πηνίου, μέχρι να εμφανιστεί ο καθαρός χαλκός, που είναι και πιο γυαλιστερός. Φροντίστε να ξύσετε κατά μήκους ολόκληρου του άξονα.

Για ευκολία, στο παρακάτω σχήμα και σε μεγέθυνση, σας δείχνω πώς πρέπει να απογυμνωθεί ο χαλκός από τον κάθε άξονα

Όπως φαίνεται το πάνω μισό ολόκληρου του άξονα έχει απογυμνωθεί (δηλαδή έχει αφαιρεθεί η μονωτική επίστρωση με το κοπίδι) ενώ η κάτω έχει αφεθεί όπως ήταν.

Στην παρακάτω εικόνα βλέπετε τον έναν από τους δύο άξονες του πηνίου, μετά από την προηγούμενη διαδικασία

Παρατηρήστε ότι το πάνω τμήμα του άξονα γυαλίζει περισσότερο από το κάτω. Αυτό συμβαίνει γιατί στο πάνω τμήμα έχει αφαιρεθεί η μονωτική επίστρωση, ενώ στο κάτω όχι.

Έχουμε πλέον στη διάθεσή μας όλα το κομμάτια του κινητήρα. Δεν μένει λοιπόν από να τα συναρμολογήσουμε.

Τα πράγματα είναι πολύ εύκολα. Απλά περνάμε τους άξονες του πηνίου στα στηρίγματα που φτιάξαμε αρχικά. Ίσως το πιο δύσκολο θα είναι να στερεώσετε τα στηρίγματα όρθια και να μην πέφτουν από το βάρος του πηνίου. Στις άκρες των στηριγμάτων συνδέουμε την τροφοδοσία (δεν έχει σημασία σε ποιο θα βάλουμε το πλην και σε ποιο το συν).
Κανονικά, εφόσον φτιάξουμε σωστά το πηνίο, η τροφοδοσία θα μπορεί να είναι μια μπαταρία. Εγώ αναγκάστηκα να χρησιμοποιήσω εξωτερικό τροφοδοτικό, εξαιτίας της κακής κατασκευής.
Κάτω από το πηνίο και ανάμεσα στα στηρίγματα, τοποθετούμε τον μόνιμο μαγνήτη. Ο μαγνήτης θα πρέπει να βρίσκεται κοντά στο πηνίο και το τελευταίο δεν πρέπει να τον ακουμπάει καθώς θα περιστρέφεται (ίσα που θα προσπερνάει από πάνω του).

Στην παρακάτω εικόνα βλέπετε έτοιμη ολόκληρη την διάταξη, εκτός από το τροφοδοτικό. Το τροφοδοτικό το έχω συνδέσει με καλώδια (κροκοδειλάκια) στα άκρα των στηριγμάτων (δεν φαίνονται στη φωτογραφία). Από πάνω τοποθέτησα ένα πολύμετρο για να κρατάει τα στηρίγματα στη θέση τους και να μην πέφτουν από το βάρος,

Αντί για πολύμετρο μπορείτε να χρησιμοποιήσετε ότι θέλετε. Βάλτε την φαντασία σας να δουλέψει !

Είμαστε έτοιμοι λοιπόν ! Ανάβουμε την τροφοδοσία και δίνουμε με το χέρι μας μια ελαφρά περιστροφή στο πηνίο (όπως περιστρέφουμε μια σβούρα, αλλά φυσικά χωρίς να βάλουμε τόση δύναμη. Λίγη είναι αρκετή). Ο κινητήρας αρχίζει και περιστρέφεται χωρίς την δική μας βοήθεια. Σταματά μόνο όταν κάψουμε την τροφοδοσία ή απομακρύνουμε το μαγνήτη.

Κατεβάστε το video στο οποίο φαίνεται ο κινητήρας σε λειτουργία: Περιστροφή

Στο επόμενο video φαίνεται η διαδικασία εκκίνησης του κινητήρα, καθώς επίσης και η αύξηση της ταχύτητας περιστροφής του, με την αντίστοιχη αύξηση του ρεύματος που τον διαρρέει. Εκκίνηση και Αύξηση ταχύτητας

Στο τελευταίο video φαίνεται η διαδικασία πέδησης του κινητήρα με την διακοπή τις τροφοδοσίας (λόγω των τριβών αλλά και της βαρύτητας, εξαιτίας του ακανόνιστου σχήματος του πηνίου και της ανομοιογένειας). Ο κινητήρας σταματάει την περιστροφή του και στην περίπτωση που απομακρυνθεί ο μόνιμος μαγνήτης: Πέδηση

Αν προσπαθήσουμε να περιγράψουμε το φυσικό φαινόμενο με μαθηματικά (φτιάχνοντας με αυτόν τον τρόπο, ένα μοντέλο), θα διαπιστώσουμε γίνεται αρκετά πολύπλοκο. Με τα μαθηματικά θα χάσουμε την ουσία της ερμηνείας, αλλά είναι αναπόφευκτα σε περίπτωση που επιθυμούμε να σχεδιάσουμε έναν κινητήρα Beakman, ο οποίος να ικανοποιεί κάποιες προδιαγραφές. Εγώ δε θα συζητήσω το καθαρά μαθηματικό κομμάτι, αλλά θα βασιστώ στην διαισθητική αντίληψη του φαινομένου. Όσοι ενδιαφέρονται για τα μαθηματικά, μπορούν να ψάξουν στο διαδίκτυο (Απλά γράψτε Beakman motor σε μια μηχανή αναζήτησης).

Φανταστείτε ότι έχετε 2 μαγνήτες. Τον έναν τον τοποθετείτε σε ακλόνητη θέση σε ένα οριζόντιο επίπεδο. Στο κέντρο του δεύτερου μαγνήτη και από την πλάγια πλευρά, εισάγετε εγκάρσια έναν άξονα. Ο άξονας σφηνώνεται στον μαγνήτη με αποτέλεσμα να μην είναι δυνατή η μετακίνηση ή η περιστροφή, σχετικά με τον μαγνήτη. Το όλο σύστημα (άξονας και μαγνήτης) τοποθετείται ανάμεσα σε δύο στηρίγματα, έτσι ώστε να μπορεί να περιστρέφεται γύρω από αυτά.
Η όλη διάταξη είναι ακριβώς ίδια με την τραμπάλα, που γνωρίζουμε όλοι από τα παιδικά μας χρόνια. Η διαφορά έγκειται στο ότι τη θέση του ξύλινου άξονα της τραμπάλας (όπου βρίσκονται τα καθίσματα), την έχει ο μαγνήτης. Επιπλέον φανταστείτε ότι τα στηρίγματα της τραμπάλας είναι αρκετά ψηλά, ώστε να επιτρέπεται πλήρη περιστροφή της.
Τοποθετούμε την διάταξη του μαγνήτη με τα στηρίγματα, ακριβώς πάνω από τον μαγνήτη στο οριζόντιο επίπεδο, όπως στην παρακάτω εικόνα

Επειδή ο βόρειος πόλος του ακλόνητου μαγνήτη στο δάπεδο, βρίσκεται απέναντι από τον νότιο πόλο του μαγνήτη στα στηρίγματα, είναι προφανές ότι θα αναπτυχθεί ελκτική δύναμη που θα αναγκάσει τον μαγνήτη να περιστραφεί (όπως φαίνεται στο σχήμα).
Η δύναμη αυτή δεν καταργείται και είναι πάντοτε ελκτική. Τώρα ο μαγνήτης στα στηρίγματα δεν μπορεί να περιστραφεί και έτσι παραμένει στην κατώτατη θέση (πριν ακινητοποιηθεί σε αυτή την θέση θα εκτελέσει μια μικρή ταλάντωση, λόγω αδράνειας).

Αν υποθέταμε ότι (με κάποιο μαγικό τρόπο) ο μαγνήτης στα στηρίγματα, έχανε το μαγνητικό του πεδίο στην κατώτατη θέση (ο νότιος πόλος κάτω) και το ανακτούσε στην ανώτατη (ο νότιος πόλος πάνω), τότε θα ήταν δυνατή η αέναη περιστροφή του μαγνήτη εξαιτίας της αδράνειας και της έλξης από τον μαγνήτη στο δάπεδο.
Φανταστείτε δηλαδή ότι με μαγικό τρόπο, ο μαγνήτης μετατρέπεται σε πλαστικό υλικό (για να μην έλκεται από τον μαγνήτη στο δάπεδο) και στη συνέχεια ξαναμετατρέπεται σε μαγνήτη. Στο επόμενο σχέδιο δείχνω ακριβώς αυτό το φαινόμενο

Ποίος είναι όμως ο μαγικός αυτός τρόπος; Η απάντηση είναι ένας ηλεκτρομαγνήτης, τον οποίο θα χρησιμοποιήσουμε στη θέση του μαγνήτη στα στηρίγματα.

Αυτός είναι ο λόγος που ξύσαμε τους άξονες του πηνίου, μόνο στην πάνω μεριά. Όταν τώρα το πηνίο φτάνει στην κατώτατη θέση, διακόπτεται η τροφοδοσία (ο ηλεκτρομαγνήτης δε διαρρέετε από ηλεκτρικό ρεύμα) επειδή στα στηρίγματα ακουμπά η μη απογυμνωμένη μεριά του άξονα, από την οποία δεν περνάει το ρεύμα. Έτσι διακόπτεται το μαγνητικό πεδίο του πηνίου και ταυτόχρονα η έλξη από τον μαγνήτη στο δάπεδο. Το πηνίο συνεχίζει να περιστρέφεται, εξαιτίας της αδράνειας. Στην ανώτατη θέση έρχεται πάλι η απογυμνωμένη πλευρά του άξονα στα στηρίγματα και το ρεύμα αποκαθίσταται. Το ίδιο συμβαίνει και για το μαγνητικό πεδίο του πηνίου. Ο μαγνήτης στο δάπεδο απομακρύνει το πηνίο, αφού βλέπει το νότιο πόλο (Η αδράνεια βοηθά να περιστραφεί προς την ίδια κατεύθυνση), ενώ στη συνέχεια έλκει το πηνίο (όταν ο βόρειος πόλος του ηλεκτρομαγνήτη φτάσει στην οριζόντια θέση) και το φαινόμενο συνεχίζεται με τον ίδιο τρόπο.