Los científicos resuelven el misterio del desplazamiento magnético 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 hacía levitar un imán cercano. Este fenómeno, que desafió la física clásica, fue replicado y estudiado por el profesor Rasmus Bjørk y su equipo. Descubrieron que el imán levitante se alinea con el imán giratorio, creando un equilibrio similar al de una peonza. Crédito: SciTechDaily.com

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

En 2021, un científico turco publicó un artículo de investigación que detalla un experimento en el que se adjuntó un imán a un motor, lo que hacía que girara rápidamente. Cuando este dispositivo se acercó a un segundo imán, éste comenzó a girar y de repente se detuvo en una posición fija a unos centímetros de distancia.

Si bien la levitación magnética no es nada nuevo (el ejemplo más conocido probablemente sean los trenes Maglev, que dependen de una fuerte fuerza magnética para sustentarse y propulsarse), el experimento ha desconcertado a los físicos, ya que este fenómeno no ha sido descrito en la física clásica, o, al menos, en la física. Ninguno de los físicos. conocido mecanismo de levitación magnética.

Levitación magnética demostrada utilizando una herramienta Dremel que hace girar un imán a 266 Hz. El imán del rotor mide 7x7x7 mm3 y el imán flotante mide 6x6x6 mm3. Este vídeo muestra la física descrita en la investigación. Crédito: DTU.

Aunque lo es ahora. Rasmus Bjørk, profesor de DTU Energy, quedó intrigado por el experimento de Ucar y decidió replicarlo con el estudiante de maestría Joachim M. Hermansen tratando de entender exactamente qué estaba sucediendo. La replicación era sencilla y podía realizarse utilizando componentes estándar, pero la física era extraña, afirma Rasmus Bjørk:

“Los imanes no deben colgarse cuando están muy juntos. Suelen atraerse o repelerse entre sí. Pero si haces girar uno de los imanes, resulta que puedes lograr este posicionamiento. Y esa es la parte rara. La fuerza que afecta a los imanes no debería cambiar sólo porque se gira uno, por lo que parece haber un acoplamiento entre el movimiento y la fuerza magnética”, afirma.

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

Varios experimentos para confirmar la física.

En los experimentos se utilizaron 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, apodado «imán flotante», comenzaba a girar a la misma velocidad que se congelaba. rápidamente una posición en la que quedó suspendido.

Descubrieron que cuando el imán flotante se fijaba en su lugar, estaba orientado cerca del eje de rotación y hacia el polo similar del imán del rotor. Así, por ejemplo, el polo norte del imán flotante, mientras giraba, permaneció apuntando hacia el polo norte del imán fijo.

Esto es diferente de lo que se esperaría según las leyes de la magnetostática, que explican cómo funciona un sistema magnético estático. Sin embargo, resulta que las interacciones magnetostáticas entre los imanes giratorios son exactamente las responsables de crear la posición de equilibrio del flotador, como descubrió el estudiante graduado Frederik L. Durhuus, coautor del estudio, utilizando simulaciones del fenómeno. Observaron un impacto significativo del tamaño del imán en la dinámica de levitación: los imanes más pequeños requerían velocidades de rotación más altas para la levitación debido a su mayor inercia y mayor flotabilidad.

“Resulta que el imán flotante quiere alinearse con el imán giratorio, pero no puede girar lo suficientemente rápido para hacerlo. Y mientras se mantenga este acoplamiento, seguirá flotando o levitando”, afirma Rasmus Bjørk, y continúa:

“Se podría comparar con una peonza. No se mantendrá en posición vertical a menos que esté girando, pero su rotación lo bloquea en su lugar. Sólo cuando la rotación pierde energía, la fuerza de gravedad (o en nuestro caso, el empuje y atracción de los imanes) se vuelve lo suficientemente grande como para superar el equilibrio”.

Referencia: “Levitación magnética por rotación” de Joachim Marco Hermansen, Frederik Laust Durhuus, Cathrine Frandsen, Marco Beleggia, Christian RH Bahl y Rasmus Bjørk, 13 de octubre de 2023, Repaso de física aplicada..
DOI: 10.1103/PhysRevApplied.20.044036