Electromagnetismo
Para poder comprender la levitación magnética debemos estudiar el electromagnetismo y es que no fue sino hasta el año 1821 cuando por accidente el físico danés Hans Christian Oersted descubrió su existencia aunque previamente podemos decir que el magnetismo halló aplicación desde el siglo XIX. Dispositivos como el teléfono y el telégrafo eran aparatos activados por baterías, con el descubrimiento de Oersted se dio un paso gigante en aplicaciones de ingeniería de la inducción electromagnética dando origen al motor eléctrico y el dínamo quienes posteriormente nos brindarán una era tecnológica de grandes posibilidades. Con la expansión de estos conocimientos hubo una sucesión de invenciones cada vez mas sofisticadas entre las cuales podemos incluir un generador bipolar en 1878 creado por Edison, un año antes de inventar el filamento de luz eléctrico, también debemos mencionar a Hertz con sus experimentos que sirvieron de bases para la transmisión inalámbrica de ondas de radio sin la cual no fuese posible comunicarnos a grandes distancias como lo hacemos hoy en día gracias a nuestros teléfonos y satélites, en la misma línea surgieron aparatos como la radio y la televisión, nada de esto fuese posible sin el electromagnetismo pero una de las aplicaciones que me resulta alucinante e innovadora es que hoy en día, existe un tren capaz de viajar a una velocidad de 518 km/h utilizando la levitación magnética, el electromagnetismo consiste en crear una fuerza magnética mediante una corriente eléctrica en una bobina, donde el campo magnético está asociado a la intensidad de la corriente la cual hace que la bobina funcione como un imán, dicho de otra forma la bobina se convierte en un imán cuya fuerza depende de la corriente eléctrica que fluye a través de ella y otros factores físicos. Si podemos hacer que una bobina funcione como un imán es importante mencionar que podrá ejercer fuerza en dos sentidos dependiendo de los polos, generalmente conocemos y usamos la fuerza de atracción en imanes y bobinas energizadas para efectos de relés y dispositivos en los que conviene que la fuerza del campo magnético se de atracción, sin embargo para efectos de la levitación magnética uno de los principios del magnetismo utilizado es la repulsión entre polos iguales.
Levitación
Es el efecto por el que un cuerpo físico puede mantenerse suspendido en el aire sin ayuda de un elemento de soporte, el cuerpo "flota" en el aire de forma estable sin ser perturbado por la atracción de gravedad1 En este punto me arriesgo a decir que una persona que flota en una piscina a x centímetros del fondo se encuentra en estado de levitación, aunque la densidad del agua le da la facilidad de hacerlo existen otros factores que influyen ya que por experiencia se que no todos podemos hacerlo sin cierta concentración (el que se desespera se hunde 😁), solo es una analogía, fuera del agua es alucinante porque no es un fenómeno común y muy poco visto, de hecho algunos ilusionistas han hecho dinero causando estas impresiones en la audiencia, pero no quiero salirme del punto científico así que continúo diciéndote que la levitación de un objeto según la tecnología de hoy en día es posible incluso con varias técnicas entre las cuales están;
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Levitación electrostática: para ello es necesario que el objeto que levita esté cargado eléctricamente, de modo que con un campo eléctrico adecuado se produzca una fuerza igual y opuesta a la de la gravedad. Este tipo de levitación es el que se da, por ejemplo, en el experimento clásico de la gota de aceite realizado por primera vez por Robert Millikan.
Levitación magnética: en esta forma de levitación se pueden agrupar la debida a imanes (por ejemplo, dos imanes atravesados por un hilo, dispuestos de forma que se enfrenten polos iguales; esta versión es conocida también como pseudolevitación, ya que en realidad requiere de una ligadura adicional, como por ejemplo el hilo comentado), la debida a la superconductividad (concretamente por causa del efecto Meissner), la debida al diamagnetismo, o la suspensión electromagnética (la cual, con la ayuda de servomecanismos, es aplicada en trenes de levitación magnética).
Levitación aerodinámica: en este caso se juega con las variaciones en la presión ejercida por gases para mantener objetos en posición estable, como en el caso de los helicópteros (los aviones no se pueden considerar objetos en levitación, ya que, con alguna excepción como el McDonnell Douglas AV-8 Harrier II, necesitan estar en movimiento, por lo que no se puede decir que estén en posición estable).
Levitación acústica: es posible debido a los efectos no lineales de las ondas sonoras intensas, aunque en la práctica esto se ha realizado tan sólo con objetos de unos pocos gramos de masa.Levitación óptica: emplea la presión de radiación para hacer levitar objetos de poca masa, usando el principio de la conservación del momento (el objeto absorbe los fotones, con lo que el momento de estos es transferido al objeto en levitación). Por lo general, en este tipo de levitación, se emplean láseres.
Antigravedad: forma de levitación que no ha sido observada ni demostrada. Según ciertas hipótesis en el ámbito de la física teórica. Bajo ciertas condiciones físicas los objetos en lugar de atraerse se repelerían gravitacionalmente (de modo que tendrían una "masa negativa") mediante la acción de antigravitones (la hipotética antipartícula del gravitón). No obstante, de acuerdo con las principales líneas de investigación actuales, se considera improbable o indemostrable que pueda existir la antigravedad como tal. La falta de pruebas científicas, unido a la incomprensión actual de una teoría cuántica de la gravedad, han llevado a numerosos autores de ciencia ficción a incorporar esta forma de levitación en las tramas de su producción literaria.
En este punto deberíamos tener claros que este artículo está enfocado en la levitación magnética 😁. Un cuerpo suspendido en el aire está levitando, si a este logramos darle movimiento debería poder aumentar su velocidad con mayor facilidad en comparación a otro cuerpo que no está levitando debido a que el primero no necesita vencer la fuerza de fricción ejercida por el roce con la superficie en la cual se apoya pues este literalmente no está apoyado sobre ninguna sino suspendido gracias a un fenómeno llamada magnetismo. Es así como un tren basado en levitación magnética se suspenda en aire evitando la fricción con los rieles.
Durante mi experiencia como profesora de física he podido comprobar que la mayor parte de los estudiantes carecen de los conocimientos básicos necesarios para comprender todo lo relacionado al magnetismo, a nivel básico, diversificado e incluso en educación superior, sin estas bases se hace imposible comprender el electromagnetismo que incluye además conocimientos de electricidad y relaciones entre campos eléctricos y magnéticos.
Levitación magnética
Como dije hace algunos párrafos cuando consideramos el magnetismo debemos tomar en cuenta que existen dos fuerzas según los polos contrapuestos, estas son atracción para polos distintos y repulsión para polos iguales. Si colocamos dos imanes cuyas caras contrapuestas sean polos iguales existirá una fuerza de repulsión, si por ejemplo los introducimos en un cilindro de manera que estos no puedan girar para cambiar el polo contrapuesto entonces el impan colocado en la parte de arriba se mantendrá en estado de levitación impulsado por el imán que está en la parte de abajo, debido a que esta levitación es causada por un campo magnético la denominamos levitación magnética.
El estudio del magnetismo inició con el descubrimiento de los imanes por los griegos, y sus alcances han llegado hasta la consecución de la levitación de un tren en Japón 3.
En el siglo XIX, Oersted y su descubrimiento de la relación entre las cargas eléctricas que circulan por un conductor y el campo magnético generado alrededor del mismo dieron origen a una nueva rama de la Física llamada Electromagnetismo 4.
Aplicaciones
En cuanto al electromagnetismo las aplicaciones son muy grandes en números desde el motor eléctrico, los electroimanes portantes, los transformadores, sistemas de sonido, telecomunicaciones, dispositivos electrónicos inteligentes, cargadores inalambricos, y en las últimas décadas, la levitación magnética.
La aplicación de mayor impacto tecnológico para la levitación magnética son los trenes mencionados anteriormente capaces de alcanzar grandes velocidades brindándole al usuario la sensación de un viaje en avión no solo por su velocidad sino por el hecho de que no hay fricción al no estar unido físicamente a los rieles, la tendencia de esta tecnología está enfocada en la creación de un sistema de propulsión aeroespacial con técnicas basadas en la tecnología de los trenes levitantes (MagLev).
Hay en un imán dos puntos que deben ser especialmente considerados: uno cerca de cada extremo, en el cual la atracción es máxima. Cercano a su medianía el efecto de atracción es “cero” (plano neutro) 5.
Referencias
Delgado Santana M.N. “Diseño de un Sistema de Levitación Magnética”. Facultad de Ingeniería. UNAM. 2010.
http://www.scribd.com/doc/7066723/Fisica-Electromagnetismo-de-La-Ciencia-a-La-Tecnologia.
Rojas Capiz C., López A., Prieto Chávez B. “Levitrón”. Bogotá
Todas las imágenes fueron copiadas de pixabay
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