Ciencias Exactas y Naturales

PP-EN-74-AG Levitación magnética

Industria, innovación e infraestructura

Asesor: Zayda Maya Solis

Pandilla Petit, (preescolar y 1ro. y 2do. año de primaria)

Resumen

El propósito de esta investigación es saber con qué cantidad de imán podemos llegar a levitar un objeto o una persona de peso moderado, entendiendo como levitación el efecto que produce la aplicación de una fuerza a un objeto, que cancela su peso permitiendo que se quede “flotando” en equilibrio. Este trabajo se basará en la experimentación para saber si los imanes realmente funcionan para levitar objetos o una persona de mi peso.

Pregunta de Investigación

¿Se pueden levantar objetos o personas con imanes?

Planteamiento del Problema

La levitación magnética, es un método por el cual un objeto es mantenido a flote por acción únicamente de un campo La levitación magnética, es un magnético.

En otras palabras, la presión magnética se contrapone a la gravedad.

Cabe decir que cualquier objeto puede ser levitado siempre y cuando el campo magnético sea lo suficientemente fuerte.

 

Antecedentes

MAGNETISMO

Todos estamos familiarizados con el imán de juguete, ese misterioso dispositivo en forma de U  que levanta agujas o alfileres y que los retiene indefinidamente, mediante lo que parece pura magia. Pero está lejos de ser un simple juguete; es parte esencial de un gran número de máquinas, herramientas y dispositivos de medición sin los cuales no podría efectuarse trabajo en el mundo.

El magnetismo es una de las propiedades fundamentales de la materia que se presenta en todas las sustancias en mayor o menor grado, lo que hace que muchas de ellas sean consideradas como no magnéticas.

El magnetismo es la ciencia de la física que se dedica al estudio de los imanes y sus propiedades.

HISTORIA DEL IMÁN

La palabra “magneto” fue primero utilizada por los Griegos desde las fechas 600 A.C. y según las leyendas griegas, el nombre magneto viene de un pastor llamado Magnes quien teóricamente descubrió una piedra magnética por accidente.

Otra teoría más creíble, habla de que la palabra magneto viene de una ciudad en Asia llamada “Magnesia”. Esta ciudad era conocida por tener miles de estas “piedras misteriosas”.

Esta piedra fue muy famosa en los tiempos medievales y hoy en día resurge como un material altamente efectivo y con posibilidades ilimitadas al servicio del ser humano. 

LA ACTUALIDAD EN LA HISTORIA DE LOS IMANES

 La investigación moderna en el magnetismo se dirige en muchas direcciones diferentes que involucran una amplia gama de materiales, sin embargo en este momento solo hay cuatro tipos de imanes que se usan comúnmente en todo el mundo. Ellos son la aleación de acero, de ferrita, samario cobalto y el más recientemente inventado, neodimio.

La historia de los imanes de alnico cuenta que estos llegaron a la escena en la década de 1940 y comenzaron una revolución en el uso de imanes permanentes. Por primera vez, era posible sustituir electroimanes con imanes permanentes Alnico. Esto proporcionó una flexibilidad de diseño que previamente había sido impensable.

El descubrimiento de estos imanes permitió reemplazar electroimanes por dispositivos tales como generadores, motores eléctricos y los micrófonos que fueron un importante avance tecnológico. Estos están hechos de aluminio, níquel y cobalto.

A Pesar de que la historia de los imanes ha dejado que los imanes alnico se usen ampliamente hoy en día y tengan un precio gradual de disponibilidad en el mercado con más novedades de alta tecnología y precios competentes por lo que son accesibles.

¿Qué es un imán?

Es un cuerpo de cualquier material capaz de producir un campo magnético y atraer hacia sí o ser atraído hacia otro imán o hacia cualquier otro cuerpo de hierro, cobalto u otros metales ferromagnéticos. Es un material con propiedades ferromagnéticas naturales o artificiales, que generan un campo magnético continuo.

Hay imanes naturales y artificiales. El imán natural, se refiere a los minerales naturales que tienen la característica de atraer elementos como el hierro, níquel, entre otros. La magnetita, mineral compuesto por óxido ferroso férrico que tiene la particularidad de atraer fragmentos de hierro natural. El imán artificial es un cuerpo de material ferromagnético que tras friccionarlos con magnetita, posee la propiedad del magnetismo.

El uso de los imanes hoy en día es un campo en constante crecimiento y evolución. Desde selladores magnéticos para puertas y refrigeradores hasta pequeños y potentes imanes en aparatos de reproducción musical y televisiones. Cada día surgen nuevas aplicaciones y sin duda estamos ante una fuerza de la naturaleza que el hombre ha logrado usar a su favor, el cielo es el límite.

TIPOS DE IMANES

Imanes permanentes:

Estos imanes son los que conocemos y se venden para diversos propósitos en la industria, así como casa y oficinas. El ejemplo más representativo son los imanes de neodimio, populares en México y el mundo. Se les dice imanes permanentes porque alguna vez fueron magnetizados de tal forma van a retener algún grado de magnetización.

Imanes temporales:

Este tipo de imanes son aquellos que actúan como un imán permanente mientras estén generando un campo magnético, pero este último desaparece y se pierde el fenómeno. Los ejemplos más comunes son los clips, tornillería y demás objetos de hierro que pudieron haber estado en contacto con un imán.

 Electroimanes:

Electro-Imán Simple:

Los electro-imanes son categorizados como tales porque el campo magnético se genera sólo si un flujo de corriente eléctrica es aplicado. Si se corta o interrumpe el flujo de corriente eléctrica el campo magnético desaparece. La fuerza y la polaridad del campo magnético pueden ser manipulados mediante variaciones en la magnitud de la electricidad que atraviesa el cable y cambiando la dirección de la corriente. Los electro-imanes actúan como imanes permanentes mientras se les aplique una corriente eléctrica en el cable.

LEVITACIÓN MAGNÉTICA:

Según el Prof. Dr. D. Ernesto Martín Rodríguez entendemos por levitación el efecto que produce la aplicación de una fuerza a un objeto, que cancela su peso permitiendo que se quede “flotando” en equilibrio. Quizá hayamos intentado hacer esto con dos imanes, buscando hacer levitar uno de ellos atrayéndolo con el otro situado por encima. Cualquier experiencia de este tipo seguro que habrá fallado, terminando el imán por caer o por subir y pegarse al otro. La justificación teórica de este hecho la dio Earnshaw en 1842. Su teorema indica, en resumen, que es imposible mantener objetos cargados o imanes en equilibrio mediante fuerzas eléctricas, magnéticas o gravitatorias estáticas.

Pero hoy en día son también conocidas las experiencias de levitación de gotas de agua e incluso de pequeños animales como ranas. Las aplicaciones de la levitación magnética pasan por todo lo que la imaginación puede dar al ver un objeto levitando. Quizá el ejemplo más prometedor a corto plazo es el de los trenes maglev  de alta velocidad.

El transporte de levitación magnética, o tipo maglev (del inglés magnetic levitation), es un sistema de transporte que incluye la suspensión, guía y propulsión de vehículos, principalmente trenes, utilizando un gran número de imanes para la sustentación y la propulsión a base de la levitación magnética.

Este método tiene la ventaja de ser más rápido, silencioso y suave que los sistemas de transporte público sobre ruedas convencionales.

La ausencia de contacto físico entre el carril y el tren hace que la única fricción sea con el aire y esta se reduce al mínimo por su forma aerodinámica. Los trenes maglev pueden viajar a muy altas velocidades, con un consumo de energía elevado para mantener y controlar la polaridad de los imanes y con un bajo nivel de ruido.

Como inconveniente destaca el alto costo de las líneas, lo que ha limitado su uso comercial. Este alto costo se deriva de varios factores importantes: el primero y principal es el altísimo costo de la infraestructura necesaria para la vía y el sistema eléctrico, y otro no menos relevante es el alto consumo energético.

 

 

Objetivo

Saber la cantidad de imán que necesito para levitar un objeto ó a mi.

Justificación

En las caricaturas, en las películas y noticias hemos visto como personas y cosas levitan y de ahí la curiosidad de saber cómo lo logran.

 

Hipótesis

Si cualquier objeto puede ser levitado entonces ¿yo Hansel podría levitar?

Método (materiales y procedimiento)

MATERIAL:

Imanes de diferentes tamaños.

Una tabla de patineta sin llantas.

Caja de acrílico.

 

PROCEDIMIENTO:

Al hacer el experimento decidimos tomar como valor de comparación el peso de los imanes y los objetos a levitar, ya que descubrimos que existen imanes naturales e imanes artificiales (neodimio) y estos últimos son muy pequeños, pero a la vez muy potentes, así que decidimos ocupar imanes naturales.

En la primera fase de nuestro experimento levitamos la tabla de una patineta sin llantas, en una canaleta de acrílico hicimos una vía de imanes y el la patineta en su base colocamos los imanes orientados con el polo positivo hacia el polo positivo pegados en la vía de la canaleta.

El peso de los imanes es de 1kg cada uno y el peso de la tabla de la patineta es de 500 gr. Así que la tabla flotaba con facilidad.

En la segunda fase intentamos levitar un objeto más pesado. Costó un poco de trabajo pero se logró.

Galería Método

Resultados

Mediante la observación nos dimos cuenta que los objetos si podían ser levitados siempre y cuando pudieran tener una zona estable para poder hacerlo ya que los imanes podrían llegar a voltearse y así no hacer la levitación. Sí pudimos levitarme a mí, para eso ocupamos 10 imanes de 1kg cada uno pesando yo 20 kg.

Galería Resultados

Discusión

En la primera parte observamos que los imanes levitaban sin mayor problema a la patineta.

En la segunda fase se observó que la cantidad de imán si era capaz de levitarme.

Conclusiones

Mediante la investigación y la experimentación llegamos a la conclusión de que nuestra hipótesis es correcta ya que aprendimos que los polos iguales se repelen y fue gracias a eso que pudimos levitar primero la patineta y después a mí, para eso ocupamos 10 imanes de 1kg cada uno pesando yo 20 kg.

Bibliografía

Bibliografía

1.-Enciclopedia de las ciencias volumen 5; Biología general y ciencias físicas II pág 57 a 67.

2.-Enciclopedia Visual Temática; Física pág 32 a 43.

4.-https://imanesdemexico.com

5.-https://um.es/acc/levitacion-magnetica-por-el-prof-dr-d-ernesto-martin-rodriguez-academico-numerario/

6.-https://concepto.de/iman/

Summary

Research Question

Problem approach

Background

Objective

Justification

Hypothesis

Method (materials and procedure)

Results

Discussion

Conclusions

Bibliography