Cientistas resolvem o mistério da levitação magnética além da física clássica

Cientistas da Universidade Técnica da Dinamarca (DTU) confirmaram a física básica do recém-descoberto fenômeno de levitação magnética.

Em 2021, um cientista da Turquia publicou um artigo detalhando um experimento em que um ímã foi acoplado a um motor, fazendo-o girar rapidamente. Quando esta configuração foi aproximada de um segundo ímã, o segundo ímã começou a girar e de repente pairou em uma posição fixa a alguns centímetros de distância.

Embora a levitação magnética não seja novidade – talvez o exemplo mais famoso sejam os trens maglev que dependem de uma forte força magnética para sustentação e propulsão – o experimento intrigou os físicos porque o fenômeno não foi descrito na física clássica, ou pelo menos em qualquer física clássica. . Mecanismo conhecido de levitação magnética.

A levitação magnética é demonstrada usando uma ferramenta Dremel girando um ímã a uma frequência de 266 Hz. O tamanho do ímã giratório é 7 x 7 x 7 mm3 e o ímã flutuante é 6 x 6 x 6 mm3. Este vídeo demonstra a física descrita no artigo. Crédito: DTU.

No entanto, é agora. Rasmus Björk, professor da DTU Energy, ficou fascinado pelo experimento de Okkar e decidiu replicá-lo com o aluno de mestrado Joachim M. Hermansen enquanto descobria exatamente o que estava acontecendo. A replicação era fácil e podia ser feita com componentes disponíveis no mercado, mas sua física era estranha, diz Rasmus Björk:

“Os ímãs não deveriam pairar quando estão próximos. Geralmente eles se atraem ou se repelem. Mas se você girar um dos ímãs, acontece que você pode conseguir essa levitação. E essa é a parte estranha. A força nos ímãs não deveria mudar só porque “você gira um deles, então parece haver um acoplamento entre movimento e força magnética”.

Os resultados foram publicados recentemente na revista Revisão de física aplicada.

Vários experimentos para confirmar a física

Os experimentos envolveram vários ímãs de tamanhos diferentes, mas o princípio permaneceu o mesmo: ao girar um ímã muito rapidamente, os pesquisadores observaram como outro ímã próximo, chamado de “ímã flutuante”, começou a girar na mesma velocidade enquanto aderia rapidamente a um ímã. posição onde permaneceu.

Eles descobriram que quando o ímã flutuante é mantido em posição, ele é orientado próximo ao eixo de rotação e em direção ao pólo, semelhante ao ímã giratório. Assim, por exemplo, a sombra do pólo norte do ímã flutuante, à medida que gira, aponta para o pólo norte do ímã fixo.

Isto é diferente do que seria esperado com base nas leis do magnetismo estático, que explicam como funciona um sistema magnético estático. No entanto, ao que parece, são precisamente as interações magnéticas estáticas entre os ímãs rotativos que são responsáveis ​​pela criação da posição de equilíbrio dos flutuadores, conforme descoberto pelo coautor e estudante de doutorado Frederick L. Dorhus usando uma simulação desse fenômeno. Eles observaram um efeito significativo do tamanho do ímã na dinâmica de flutuação: ímãs menores requerem velocidades de rotação mais altas para sustentação devido à sua maior inércia e quanto mais alto eles voam.

“Acontece que o íman flutuante quer alinhar-se com o íman rotativo, mas não consegue girar suficientemente rápido para o fazer. Enquanto este acoplamento for mantido, ele irá pairar ou levitar”, diz Rasmus Bjork.

“Você pode compará-lo a um pião. Ele só se levantará se estiver girando, mas for fixado na posição por sua rotação. Somente quando a rotação perde energia é que a força da gravidade – ou no nosso caso, o empurrar e puxar de um ímã – torne-se grande o suficiente para superar o equilíbrio.”

Referência: “Alternating Magnetic Levitation” por Joachim Marko Hermansen, Frederik Laust-Dorhus, Kathrin Frandsen, Marco Piligia, Christian RH Bahl e Rasmus Björk, 13 de outubro de 2023, A revisão física foi aplicada.
DOI: 10.1103/PhysRevApplied.20.044036