La levitación es la superación de la gravedad, en la que el sujeto u objeto se encuentra en el espacio sin soporte. La palabra "levitación" proviene del latín Levitas, que significa "ligereza".
La levitación es incorrecta al igualarla con el vuelo, porque este último se basa en la resistencia del aire, razón por la cual las aves, los insectos y otros animales vuelan y no levitan.
Levitación en física
La levitación en física se refiere a la posición estable de un cuerpo en un campo gravitacional, mientras que el cuerpo no debe tocar otros objetos. La levitación implica algunas condiciones necesarias y difíciles:
- Una fuerza que puede compensar la atracción gravitatoria y la fuerza de la gravedad.
- La fuerza que puede asegurar la estabilidad del cuerpo en el espacio.
De la ley de Gauss se deduce que en un campo magnético estático, los cuerpos u objetos estáticos no son capaces de levitar. Sin embargo, si cambias las condiciones, puedes lograr la levitación.
Levitación cuántica
El público en general se dio cuenta por primera vez de la levitación cuántica en marzo de 1991, cuando se publicó una foto interesante en la revista científica Nature. Mostraba al director del Laboratorio de Investigación de Superconductividad de Tokio, Don Tapscott, de pie sobre una placa superconductora de cerámica, y no había nada entre el suelo y la placa. La foto resultó ser real, y la placa, que junto con el director de pie sobre ella pesaba unos 120 kilogramos, podía levitar sobre el suelo gracias a un efecto de superconductividad conocido como efecto Meissner-Ochsenfeld.
Levitación diamagnética
Este es el nombre del tipo de estar suspendido en el campo magnético de un cuerpo que contiene agua, que en sí mismo es un diaimán, es decir, un material cuyos átomos son capaces de magnetizarse en contra de la dirección del campo electromagnético principal. campo.
En el proceso de levitación diamagnética, el papel principal lo desempeñan las propiedades diamagnéticas de los conductores, cuyos átomos, bajo la acción de un campo magnético externo, cambian ligeramente los parámetros del movimiento de electrones en sus moléculas, lo que conduce a la aparición de un débil campo magnético de dirección opuesta al principal. El efecto de este débil campo electromagnético es suficiente para vencer la gravedad.
Para demostrar la levitación diamagnética, los científicos realizaron repetidamente experimentos en animales pequeños.
Este tipo de levitación se utilizó en experimentos con objetos vivos. Durante los experimentos enun campo magnético externo con una inducción de aproximadamente 17 Tesla, se logró un estado de suspensión (levitación) de ranas y ratones.
Según la tercera ley de Newton, las propiedades de los diamagnetos se pueden utilizar a la inversa, es decir, para hacer levitar un imán en el campo de un diamagneto o para estabilizarlo en un campo electromagnético.
La levitación diamagnética es de naturaleza idéntica a la levitación cuántica. Es decir, al igual que ocurre con la acción del efecto Meissner, se produce un desplazamiento absoluto del campo magnético del material del conductor. La única pequeña diferencia es que para lograr la levitación diamagnética se necesita un campo electromagnético mucho más fuerte, sin embargo, no es necesario enfriar los conductores para lograr su superconductividad, como es el caso de la levitación cuántica.
En casa, incluso puedes configurar varios experimentos sobre la levitación diamagnética, por ejemplo, si tienes dos placas de bismuto (que es un diamagnet), puedes configurar un imán con una inducción baja, alrededor de 1 T, en un estado suspendido. Además, en un campo electromagnético con una inducción de 11 Tesla, puede estabilizar un pequeño imán en un estado suspendido ajustando su posición con los dedos, sin tocar el imán en absoluto.
Los diamagnetos que se producen con frecuencia son casi todos gases inertes, fósforo, nitrógeno, silicio, hidrógeno, plata, oro, cobre y zinc. Incluso el cuerpo humano es diamagnético en el campo magnético electromagnético correcto.
Levitación magnética
La levitación magnética es unun método de levantar un objeto utilizando un campo magnético. En este caso, la presión magnética se utiliza para compensar la gravedad y la caída libre.
Según el teorema de Earnshaw, es imposible sostener un objeto en un campo gravitatorio de manera constante. Es decir, la levitación en tales condiciones es imposible, pero si tenemos en cuenta los mecanismos de acción de los diamagnetos, las corrientes de Foucault y los superconductores, se puede lograr una levitación efectiva.
Si la levitación magnética proporciona sustentación con soporte mecánico, este fenómeno se denomina pseudolevitación.
Efecto Meissner
El efecto Meissner es el proceso de desplazamiento absoluto del campo magnético de todo el volumen del conductor. Esto suele ocurrir durante la transición del conductor al estado superconductor. En esto se diferencian los superconductores de los ideales: a pesar de que ambos no tienen resistencia, la inducción magnética de los conductores ideales permanece sin cambios.
Por primera vez, este fenómeno fue observado y descrito en 1933 por dos físicos alemanes: Meissner y Oksenfeld. Es por eso que la levitación cuántica a veces se denomina efecto Meissner-Ochsenfeld.
De las leyes generales del campo electromagnético, se deduce que en ausencia de un campo magnético en el volumen de un conductor, solo está presente en él una corriente superficial, que ocupa espacio cerca de la superficie del superconductor. En estas condiciones, un superconductor se comporta de la misma manera que un diaimán, sin serlo.
El efecto Meissner se divide en total y parcial, endependiendo de la calidad de los superconductores. El efecto Meissner completo se observa cuando el campo magnético se desplaza por completo.
Superconductores de alta temperatura
Hay pocos superconductores puros en la naturaleza. La mayoría de sus materiales superconductores son aleaciones, que en la mayoría de los casos exhiben solo un efecto Meissner parcial.
En los superconductores, es la capacidad de desplazar completamente el campo magnético de su volumen lo que separa los materiales en superconductores del primer y segundo tipo. Los superconductores del primer tipo son sustancias puras, como el mercurio, el plomo y el estaño, capaces de demostrar el efecto Meissner completo incluso en campos magnéticos elevados. Los superconductores del segundo tipo suelen ser aleaciones, así como cerámicas o algunos compuestos orgánicos que, en condiciones de un campo magnético con alta inducción, solo son capaces de desplazar parcialmente el campo magnético de su volumen. No obstante, en condiciones de muy baja intensidad de campo magnético, casi todos los superconductores, incluido el tipo II, son capaces de producir el efecto Meissner completo.
Se sabe que varios cientos de aleaciones, compuestos y varios materiales puros tienen las características de la superconductividad cuántica.
La experiencia del ataúd de Mahoma
"El ataúd de Mahoma" es una especie de truco con la levitación. Este fue el nombre del experimento que demostró claramente el efecto.
Según la leyenda musulmana, el ataúd del profeta Mahoma estaba en el aire en el limbo, sin ningún tipo de apoyo y apoyo. Exactamentede ahí el nombre de la experiencia.
Explicación científica de la experiencia
La superconductividad solo se puede lograr a temperaturas muy bajas, por lo que el superconductor debe enfriarse previamente, por ejemplo, con gases a alta temperatura como helio líquido o nitrógeno líquido.
Luego se coloca un imán en la superficie de un superconductor plano enfriado. Incluso en campos con una inducción magnética mínima que no supere los 0,001 Tesla, el imán se eleva por encima de la superficie del superconductor unos 7-8 milímetros. Si aumenta gradualmente la intensidad del campo magnético, la distancia entre la superficie del superconductor y el imán aumentará cada vez más.
El imán seguirá levitando hasta que cambien las condiciones externas y el superconductor pierda sus características superconductoras.
