Experimento 13 - Pinhão Magnético

EXPERIMENTO 13 - LABAP: LEVITAÇÃO MAGNÉTICA, DIPOLO MAGNÉTICO, BOBINAS (ÍMÃS) TOROIDAIS e PRISMÁTICAS, TORQUE, LEIS DE NEWTON, GRAVIDADE, ESTABILIDADE, MOVIMENTO HARMÔNICO SIMPLES, BAIXO ATRITO, TEOREMA DE EARNSHAW / FÍSICA I, II e III. ########################## CONCEITOS RELEVANTES: LEVITAÇÃO MAGNÉTICA. -------------------------------------------------------- Levitação magnética ou suspensão magnética é um método pelo qual um objeto é suspenso sem outro suporte que não sejam campos magnéticos. Força magnética é usada para neutralizar os efeitos da aceleração gravitacional e quaisquer outros acelerações. As duas questões principais envolvidas na levitação magnética são força de elevação: fornecendo uma força ascendente suficiente para neutralizar a gravidade, e estabilidade: assegurando que o sistema não deslize espontaneamente ou vire para uma configuração na qual a elevação é neutralizada. Levitação magnética é usada para trens, rolamentos magnéticos e para fins de exibição de produtos. Materiais e sistemas magnéticos são hábeis para atrair ou pressionar outros para além ou em conjunto com uma força dependente da intensidade do campo magnético e da área dos magnetos. Por exemplo, o exemplo mais simples de levitador seria um simples dipolo magnético posicionado dentro do campo magnético de um outro dipolo magnético, orientados pelos pólos, virados um para a outra, de modo que a força entre os magnetos repele os dois magnetos. Essencialmente todos os tipos de imãs foram usados para produzir a sustentação ou levitação magnética; ímãs permanentes, eletroímãs, ferromagnetismo, diamagnetismo, magnetos supercondutores e magnetismo devido a indução de corrente elétrica em condutores. O teorema de Earnshaw diz que usando somente materiais paramagnéticos, tais como o ferro - ferromagnético, é impossível para um sistema estático ter estabilidade de levitação contra a gravidade. O exemplo mais simples de levitador é com dois ímãs de dipolo simples repelindo um ao outro porém é altamente instável, uma vez que o ímã superior pode deslizar lateralmente, ou virar, e verifica-se que nenhuma configuração de ímãs pode produzir estabilidade. No entanto, servomecanismos, ou uso de materiais diamagnéticos, supercondutores ou sistemas envolvendo redemoinhos permitem que a estabilidade seja alcançada. Em alguns casos, a força de elevação é fornecida por levitação magnética, mas a estabilidade é fornecida por um suporte mecânico tendo pouca carga. Isto é chamado de pseudo levitação. Estabilidade estática significa que qualquer pequeno deslocamento de um ponto de equilíbrio estável faz com que uma força líquida empurre de volta para o ponto de equilíbrio. Usando o teorema do Earnshaw podemos provar conclusivamente que não é possível levitar com estabilidade usando apenas os campos estáticos, macroscópicos, paramagnéticos. Nesse experimento temos um pinhão com dois ímãs toroidais em cada uma de suas extremidades, enquanto que na base temos quatro ímãs em forma de prisma, dois cada lado (direito e esquerdo). Nesta disposição de distribuição dos ímãs temos no centro de massa do pinhão forças magnéticas que equilibram a força gravitacional gerando equilíbrio estável ou torque nulo. Nesta configuração para pequenos desvios no eixo vertical ao longo do campo gravitacional temos uma oscilação (movimento) harmônica simples - MHS, surgindo assim uma força restauradoura (lei de Hooke) para trazer novamente o pinhão para situação de equilíbrio estável. ------------------------------------------ Direitos autorais: Prof. João Paulo (vice coordenador do LABAP) - Física.