磁鐵為什么有時(shí)互相吸引，有時(shí)互相排斥？

每塊磁鐵都有兩個(gè)磁極：南極（S）和北極（N）。如果用繩子將一塊磁鐵懸掛起來(lái)，小朋友們就會(huì)發(fā)現(xiàn)磁鐵的南北極幾乎完全和地球的南北極方向相同，這也正是磁鐵南北極得名的原因。

之所以會(huì)產(chǎn)生這種“巧合”，是因?yàn)榈匦谋旧砭褪且粔K巨大但磁力很弱的磁鐵;而我們手中的磁鐵雖然體積比較小，但磁力卻非常強(qiáng)，且與地心平行，因此它的南北極始終指向地球的南北極。我們平時(shí)常見的磁鐵指南針，就是利用這個(gè)原理進(jìn)行工作。

但當(dāng)兩塊磁鐵擺放在一起的時(shí)候，如果同名磁極相對(duì)（即北極對(duì)著北極，或者南極對(duì)著南極），就會(huì)出現(xiàn)會(huì)“推開”彼此的現(xiàn)象，相互排斥。這種場(chǎng)景下，兩塊磁鐵就像是兩只被看不見的手拽住一樣，被強(qiáng)行拉扯分離。這個(gè)隱形的“手”就叫做“磁場(chǎng)”，當(dāng)我們把鐵粉撒在磁鐵周圍，就可以看到“磁場(chǎng)”的大致分布。

那什么是同名磁極相斥，異名磁極相吸？

我們用帶箭頭的曲線（磁感線）描繪磁鐵周圍的磁場(chǎng)形狀。磁感線總是從北極出發(fā)，指向南極，是一條閉合的曲線。當(dāng)兩個(gè)北極或南極相對(duì)時(shí)，磁感線指向兩個(gè)相反的方向，無(wú)法“連接”在一起，因此這兩塊磁鐵會(huì)“推開”彼此，即同名磁極相互排斥。

所有磁鐵周圍的磁場(chǎng)都具有勢(shì)能，其能量的大小可以改變，改變磁力勢(shì)能大小的方式就決定了磁鐵會(huì)發(fā)生怎樣的運(yùn)動(dòng)。

只有當(dāng)兩個(gè)異名磁極擺在一起時(shí)（南極對(duì)北極，北極對(duì)南極），兩塊磁鐵才會(huì)吸在一起，即異名磁極相吸。此時(shí)的磁場(chǎng)就像一個(gè)橡皮筋，把兩塊磁鐵牢牢地“捆”在了一起。在這里需要提醒小朋友們，自己動(dòng)手進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的時(shí)候一定要小心，因?yàn)閺?qiáng)大“磁力”可能會(huì)夾傷你的手指。

搞清楚了“磁感線”的作用后，我們就可以進(jìn)一步解釋磁鐵為什么會(huì)出現(xiàn)相斥或相吸的不同現(xiàn)象了。

你可能聽說(shuō)過(guò)“能量”這個(gè)詞。物體的移動(dòng)需要能量供應(yīng)，比如只有汽油開始燃燒，靜止的汽車才會(huì)移動(dòng)，這是因?yàn)槠腿紵龝?huì)釋放它所儲(chǔ)存的能量。

當(dāng)儲(chǔ)存的能量釋放時(shí)，部分能量會(huì)轉(zhuǎn)化為運(yùn)動(dòng)所需的能量?？茖W(xué)家將儲(chǔ)存的能量叫做“勢(shì)能”（potentia lenergy），因運(yùn)動(dòng)而具有的能量叫做“動(dòng)能”（kinetic energy）。

古裝劇中，攻城時(shí)所用的重力拋石機(jī)，就是利用了平衡重錘的重力勢(shì)能，將石頭拋向敵城;我們吃下的食物為自身儲(chǔ)存了能量，當(dāng)走路或跑步時(shí)，其中的部分能量就轉(zhuǎn)化成了動(dòng)能。

這和磁鐵有什么關(guān)系呢？其實(shí)，所有磁鐵周圍的磁場(chǎng)都具有勢(shì)能，其能量的大小可以改變，改變磁力勢(shì)能大小的方式就決定了磁鐵會(huì)發(fā)生怎樣的運(yùn)動(dòng)。

宇宙萬(wàn)物的運(yùn)動(dòng)都遵循這樣一條規(guī)律。不過(guò)若是沒(méi)有復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算作支撐，人類很難解釋清楚這條規(guī)律，因?yàn)橛钪婢褪侨绱诉\(yùn)行的——朝某個(gè)方向推動(dòng)任意地方的具有勢(shì)能的物體（前提是未被捆住或固定?。?，物體移動(dòng)，它的勢(shì)能將減少并轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。

因此，對(duì)兩塊異名磁極相對(duì)（南北極相對(duì)）的磁鐵而言，彼此靠近會(huì)減弱他們磁場(chǎng)中儲(chǔ)存的勢(shì)能，即它們將會(huì)朝著能夠減弱勢(shì)能的方向移動(dòng)，被迫吸在一起，也就是我們所說(shuō)的“異名相吸”。

若兩塊磁鐵同名磁極相對(duì)，即北極對(duì)北極、南極對(duì)南極，當(dāng)二者將彼此推開時(shí)，勢(shì)能就會(huì)減弱。基于“磁鐵會(huì)朝著能夠減小勢(shì)能的方向移動(dòng)”這條規(guī)律，所以同名磁極會(huì)相互排斥。

“動(dòng)能—?jiǎng)菽堋鞭D(zhuǎn)化的另一個(gè)經(jīng)典例子就是過(guò)山車：當(dāng)過(guò)山車從高處沖下時(shí)，勢(shì)能將不斷轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，在到達(dá)最低點(diǎn)之前，過(guò)山車的速度會(huì)越來(lái)越快。

還需要說(shuō)明的一點(diǎn)是，物體被地心吸引落向地面并不是因?yàn)榇帕ψ饔茫╩agnetism），而是地心引力（gravity）作用的結(jié)果。地球周圍還存在一個(gè)“引力場(chǎng)”，同樣儲(chǔ)存著能量。

和磁力不同，重力從不會(huì)產(chǎn)生“排斥”的效果，因?yàn)橹亓Φ姆较蛑挥幸弧眰€(gè)，永遠(yuǎn)指向地心，且重力沒(méi)有南北兩極之分。

那么我們可以無(wú)止盡地從磁場(chǎng)中“汲取”勢(shì)能嗎？

并不能。當(dāng)兩塊磁鐵吸在一起后，我們必須把一些勢(shì)能“放回”磁場(chǎng)才能把他們拉開，而能量是不能夠平白無(wú)故地獲得的。實(shí)際上，把吸在一起的兩塊磁鐵拉開所提供的能量來(lái)源于我們自身，我們身體內(nèi)的這些能量又來(lái)源于吃下的食物，而吃下的蔬菜、肉類所具有的能量又來(lái)自為它們提供能量的動(dòng)植物或是太陽(yáng)。

因此，在最后我們還需要記住一能量不會(huì)憑空產(chǎn)生，所有能量都有它的出處，世界上并不存在所謂的“永動(dòng)機(jī)”。

——摘自“果殼童學(xué)館”