Los científicos resuelven el misterio de la levitación magnética más allá de la física clásica

En 2021, el científico turco Hamdi Ucar descubrió una nueva forma de levitación magnética, en la que un imán que gira rápidamente hace que un imán cercano levite. Este fenómeno, que desafió la física clásica, fue replicado y estudiado por el profesor Rasmus Björk y su equipo. Descubrieron que el imán ascendente se alinea con el imán giratorio, creando un equilibrio similar a una peonza giratoria. Crédito: SciTechDaily.com

Científicos de la Universidad Técnica de Dinamarca (DTU) han confirmado la física básica del fenómeno de levitación magnética recientemente descubierto.

En 2021, un científico de Turquía publicó un artículo que detalla un experimento en el que se adjuntó un imán a un motor, lo que hizo que girara rápidamente. Cuando esta configuración se acercó a un segundo imán, el segundo imán comenzó a girar y de repente quedó suspendido en una posición fija a unos centímetros de distancia.

Si bien la levitación magnética no es nada nuevo (tal vez el ejemplo más famoso son los trenes maglev que dependen de una fuerte fuerza magnética para sustentarse y propulsarse), el experimento ha desconcertado a los físicos porque el fenómeno no ha sido descrito en la física clásica, o al menos en ninguna física clásica. . Mecanismo conocido de levitación magnética.

La levitación magnética se demuestra utilizando una herramienta Dremel que hace girar un imán a una frecuencia de 266 Hz. El tamaño del imán giratorio es de 7 x 7 x 7 mm3 y el imán flotante es de 6 x 6 x 6 mm3. Este vídeo demuestra la física descrita en el artículo. Crédito: DTU.

Sin embargo, lo es ahora. Rasmus Björk, profesor de DTU Energy, quedó fascinado con el experimento de Okkar y se propuso replicarlo con el estudiante de maestría Joachim M. Hermansen mientras averiguaba exactamente qué estaba sucediendo. La replicación era fácil y podía hacerse con componentes disponibles en el mercado, pero su física era extraña, dice Rasmus Björk:

“Los imanes no deberían flotar cuando están muy juntos. Normalmente se atraen o se repelen entre sí. Pero si haces girar uno de los imanes, resulta que puedes lograr esta levitación. Y esa es la parte extraña. La fuerza sobre los imanes no debería cambiar simplemente porque “giras uno de ellos, por lo que parece haber un acoplamiento entre el movimiento y la fuerza magnética”.

Los resultados fueron publicados recientemente en la revista Repaso de física aplicada..

Varios experimentos para confirmar la física.

Los experimentos involucraron varios imanes de diferentes tamaños, pero el principio siguió siendo el mismo: al girar un imán muy rápidamente, los investigadores observaron cómo otro imán cercano, llamado “imán flotante”, comenzaba a girar a la misma velocidad mientras se adhería rápidamente a un posición donde permaneció.

Descubrieron que cuando el imán flotante se mantiene en posición, se orienta cerca del eje de rotación y hacia el polo de manera similar al imán giratorio. Así, por ejemplo, el polo norte del imán flotante, a medida que gira, sigue apuntando hacia el polo norte del imán fijo.

Esto es diferente de lo que se esperaría según las leyes del magnetismo estático, que explican cómo funciona un sistema magnético estático. Sin embargo, resulta que son precisamente las interacciones magnéticas estáticas entre los imanes giratorios las responsables de crear la posición de equilibrio de los flotadores, como descubrió el coautor y estudiante de doctorado Frederick L. Dorhus utiliza una simulación de este fenómeno. Observaron un efecto significativo del tamaño del imán en la dinámica de vuelo estacionario: los imanes más pequeños requieren velocidades de rotación más altas para elevarse debido a su mayor inercia y cuanto más alto vuelan.

“Resulta que el imán flotante quiere alinearse con el imán giratorio, pero no puede girar lo suficientemente rápido para hacerlo. Mientras se mantenga este acoplamiento, flotará o levitará”, dice Rasmus Bjork.

“Se puede comparar con una peonza. Sólo se mantendrá en pie si está girando, pero su posición se fija mediante su rotación. Sólo cuando la rotación pierde energía, la fuerza de gravedad, o en nuestro caso, el empuje y tracción de una imán: se vuelve lo suficientemente grande como para superar el equilibrio”.

Referencia: “Levitación magnética alterna” por Joachim Marko Hermansen, Frederik Laust-Dorhus, Kathrin Frandsen, Marco Piligia, Christian R.H. Bahl y Rasmus Björk, 13 de octubre de 2023. Se aplicó revisión física..
DOI: 10.1103/PhysRevApplied.20.044036