Divulgación y enseñanza de la ciencia

PK-EN-216-LA Levitación magnética

Industria, innovación e infraestructura

Asesor: Jessica Barragan Garcia

Pandilla Kids (3ro., 4to., 5to. y 6to. Año de primaria)

Resumen

Vivimos en una sociedad dependiente de la ciencia, pero nadie sabe nada sobre ella”

Carl Sagan

Resumen

El magnetismo está presente sin duda alguna en fenómenos naturales como el campo magnético terrestre o la aurora boreal, en nuestra vida cotidiana lo usamos normalmente en altavoces, en los motores eléctricos, incluso en tarjetas de crédito y forma parte también de equipos de diagnóstico médico como la resonancia magnética o equipos para tomografías. Hoy en día existen opciones de transporte que utilizan este tipo se sistema que está basado, principalmente, en este fenómeno físico. Además de ser esenciales para la producción de energía y las telecomunicaciones. Los campos magnéticos se generan de forma natural por materiales magnéticos, conocidos como imanes, o por corrientes eléctricas en conductores.

Pregunta de Investigación

¿Qué es la levitación magnética, y que usos tiene (o puede tener) en nuestra vida cotidiana?

Planteamiento del Problema

En la actualidad con tanta innovación tecnológica no consideramos el uso alternativo de distintas fuentes de energía, ni tomamos en cuenta las diferentes opciones que se nos presentan como este fenómeno físico, entonces, ¿dónde se puede implementar el uso de la levitación magnética en la vida cotidiana?

Antecedentes

En 1821 el físico danés Hans Christian Oersted accidentalmente descubrió el electromagnetismo, lo que dio pie a diversos aparatos basados en este mismo sistema que revolucionaron la historia, influyeron en la comunicación, el transporte, la medicina, entre otros.

Llamamos “levitación magnética” al fenómeno por el cual un dado material puede levitar gracias a la repulsión existente entre los polos iguales de dos imanes o bien debido a lo que se conoce como “Efecto Meissner”, el cual da lugar a repulsión entre un imán y un superconductor de forma que levitan uno sobre el otro. En otras palabras, la presión magnética se contrapone a la gravedad. Si el campo magnético es suficientemente fuerte o la temperatura es alta se destruye la superconductividad y la levitación no ocurre.

En este proyecto me quiero dar a la tarea de recrear este campo magnético y hacer “levitar” un objeto; me ayudare con imanes para comprender mejor este tema, sin embrago, cualquier experiencia de este tipo es posible que falle, 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 que es imposible mantener objetos cargados o imanes en equilibrio mediante fuerzas eléctricas, magnéticas o gravitatorias estáticas. Es posible encontrar puntos de equilibrio, pero son inestables.

Este tema sin duda es muy interesante, pero estamos pasando por alto una pregunta básica para comenzar de mejor manera esta investigación… ¿Qué es el magnetismo?

El magnetismo es una fuerza invisible que atrae o repele ciertos materiales, de igual forma es una propiedad que tienen los imanes de atraer cuerpos hechos de materiales como el hierro; además de ejercer fuerzas sobre cargas eléctricas en movimiento, a esto se le conoce como electromagnetismo.

Alrededor de los imanes se crean líneas magnéticas de fuerza que es lo que nos ayudara a desarrollar este proyecto.

Objetivo

Quiero recrear la levitación magnética con ayuda de un levitrón casero, este prototipo me servirá para entender cómo se forma el campo magnético que hace que un objeto logre “levitar”.

Justificación

Escogí este tema porque tengo curiosidad de entender y recrear la levitación magnética.

Hipótesis

Si logro entender cómo funciona la levitación magnética podría hacer levitar muchas cosas y se me podría ocurrir una idea para implementar la levitación magnética a futuro en la vida cotidiana.

Método (materiales y procedimiento)

Los materiales pueden variar según la necesidad de cada persona, del tamaño de los imanes y del procedimiento a seguir.

En mi caso conseguí los materiales de bocinas que ya no servían y otros ya los tenía.

  1. Un imán grande de dona.
  2. 12 imanes pequeños redondos
  3. Un palito de madera o en su defecto un corcho (que quepa en el centro del imán grande).
  4. Pegamento
  5. Cinta adhesiva.
  6. Una placa de acrílico que sirva de base, puede ser una caja de cd que no se use.
  7. Compas
  8. Regla
  9. Lápiz
  10. Hoja blanca
  11. Mucha paciencia.

PROCEDIMIENTO

Para realizar mi versión de un levitrón y observar realmente “levitar” la peonza (o pirinola) fue necesario modificar un poco algunos de los materiales para hacerlos embonar uno con otro.

El procedimiento en teoría es sencillo, basta con que los imanes se repelan y formen un campo magnético en el que la peonza pueda levitar y girar al mismo tiempo para así lograr un poco de estabilidad. Hay que tener en cuenta que el campo magnético de la peonza puede verse afectado por el ambiente y temperatura, por lo cual hay que hacer pequeñas modificaciones como lo requiera.

Lo primero que se debe hacer para armar nuestro levitrón es lo siguiente:

    • Medir el diámetro del centro de nuestra caja de CD, en mi caso mide 12cm.
    • Con el compás marcar en nuestra hoja un circulo de 12cm de diámetro.
    • Enseguida marcar tres círculos más dentro del primero con separación de 1cm entre cada uno.
    • Dividir el circulo en seis partes iguales y marcar las divisiones con un lápiz.
    • Recortar el circulo y hacer un corte en el centro para que quede justo dentro de la caja de CD.
    • Una vez colocada nuestra plantilla de base dentro de la caja de CD colocaremos seis imanes sobre las líneas rectas marcadas tratando de que queden alineados, para esto nos servirán los círculos marcados que hicimos antes.
    • Colocar por fuera y por debajo de la caja los seis imanes alineados con los de adentro (hay que revisar la polaridad para que no se repelan primero).
    • Para la peonza usaremos el imán grande al cual le pondremos el corcho previamente rebajado para que quede a presión en el centro del imán y con el palito de madera le haremos la punta sobre la cual tendrá que girar y la pegaremos en la parte de abajo de nuestra peonza o pirinola.

Galería Método

Resultados

En este caso mis resultados no fueron los esperados, mi peonza no levito al principio, se le puso un imán de dona de 4cm de diámetro al hacer la peonza y no fue el peso adecuado para lograr la resistencia del magnetismo de los imanes pequeños.

Se hicieron pruebas con un imán más chico (no listado en los materiales) que dio un resultado allegado a lo esperado.

Galería Resultados

Discusión

Lamentablemente el resultado de las encuestas no fue el esperado. De los encuestados menos del 50% no sabe que es la levitación magnética, menos del 30% no saben que es un levitrón.

Sin embargo, un 80% de los encuestados contestó correctamente sobre el magnetismo y los imanes.

Conclusiones

A pesar de que este tema es muy extenso y tiene muchas ramas, entendí que la levitación magnética tiene muchos usos, pero poco conocidos y que además no se han desarrollado en todo el mundo por su costo es estratosférico, lo que es un problema para países con poco interés en ideas tan impactantes como esta.

Construir un sistema de ferrocarriles   de alta velocidad cuesta alrededor de $360.000 millones de dólares, esta cifra tan elevada representa el futuro del transporte terrestre y una nueva era en cuestión de tiempo y traslado.

Se pretende entre otras cosas usar la levitación magnética para uso en el ramo de la medicina con la levitación de plasma, la cual hará que sea más fácil y rápida la detección de enfermedades en la sangre.

En conclusión, la levitación magnética se encuentra en un periodo de experimentación y desarrollo que puede ser la solución que buscamos pues al trabajar con energía renovable será menor la contaminación; al implementar la levitación magnética en ámbitos como la medicina será más fácil diagnosticar una enfermedad a tempana hora y tener una mejor calidad de vida.

Sin duda sus usos son infinitos y prometedores, todo depende de que sus ventajas lleguen a las todas las personas.

Bibliografía

  • ¿Cómo funcionan las cosas? (How things work)

Berry, C.E.

Aguilar, María Aurora

Edición 2013

 

  • explora tierra

Ritchie, Nigel

Williams, Richard

Edición 2004

 

  • Física, principios de electricidad y magnetismo

Barco Ríos, Héctor

Rojas Calderón, Edilberto

Edición 2012

 

Summary

Research Question

Problem approach

Background

Objective

Justification

Hypothesis

Method (materials and procedure)

Results

Discussion

Conclusions

Bibliography