En un descubrimiento innovador, los científicos han desentrañado un misterio de la antigravedad que aparentemente desafiaba las normas de la física clásica, abriendo potencialmente el camino para avances revolucionarios en la tecnología de levitación magnética.
Crédito: R. Bjørk.
El avance se centra en una forma única de levitación magnética, demostrada por primera vez en 2021 por el científico Hamdi Ucar, ingeniero electrónico de Göksal Aeronautics en Turquía.
Normalmente, la configuración se vuelve inestable al intentar equilibrar dos imanes repelentes para contrarrestar la gravedad. Sin embargo, en un estudio destacado en la revista Symmetry, Ucar reveló que, al colocar un imán cerca de otro que gira rápidamente, el imán puede girar y levitar en el aire.
En su experimento, el turco utilizó un levitron con un imán unido a un motor que giraba a alrededor de 10.000 rpm. Cuando se posicionó a solo unos centímetros por debajo del rotor que giraba rápidamente, un segundo imán también comenzó a girar y logró un estado estable de levitación.
Aunque la levitación magnética no es un concepto novedoso —con el ejemplo más familiar siendo los trenes Maglev—, las tecnologías existentes utilizan mecanismos de giro lento o estabilizadores externos para controlar las potentes fuerzas magnéticas que permiten que se eleven y propulsen. En cambio, la configuración de Ucar se basó en la rotación de alta velocidad y una interacción única entre los imanes giratorios.
Maglev de Shanghái.
El comportamiento desconcertante de los imanes levitadores en los experimentos de Ucar dejó perplejos a sus colegas, ya que parecía ir en contra de los principios fundamentales de la física y las normas establecidas de cómo interactúan los imanes.
Intrigado por el enigma científico, el Dr. Rasmus Bjørk y un equipo de investigadores de la Universidad Técnica de Dinamarca emprendieron una misión para desentrañar el fenómeno inusual.
«Los imanes no deberían flotar cuando están cerca uno del otro. Por lo general, se atraerán o se repelerán mutuamente», explicó el Dr. Bjørk. «Pero si haces girar uno de los imanes, resulta que puedes lograr esta flotación. Y eso es lo extraño. La fuerza que afecta a los imanes no debería cambiar solo porque giras uno de ellos, así que parece que hay un acoplamiento entre el movimiento y la fuerza magnética».
El enfoque de los investigadores fue bifurcado. El primero implicó replicar los resultados de Ucar utilizando elementos disponibles, como imanes de neodimio y herramientas eléctricas. En un segundo experimento más sofisticado, los científicos utilizaron tecnología de seguimiento de movimiento para realizar mediciones precisas de la frecuencia de rotación del imán flotador.
La configuración experimental incluye un primer plano del rotor y el imán flotador. El primer plano es una imagen tomada con una cámara de alta velocidad, donde el imán flotador ha sido pintado para indicar sus polos magnéticos. Es evidente que el imán flotador está claramente levitando en la imagen. Crédito: J.M. Hermansen et al.
Los hallazgos fueron reveladores. Los experimentos mostraron que, a medida que el imán flotador comenzaba a girar, se sincronizaba en frecuencia con el imán del rotor, asumiendo una orientación casi vertical.
Los ejes polares de los dos imanes, casi perpendiculares entre sí, formaron una configuración que normalmente sería inestable. Aún así, en esta configuración, el campo magnético giratorio del rotor ejerció un par de torsión en el flotador, bloqueándolo en una posición estable y levitada.
Misterio resuelto
A través de modelado por computadora que consideraba las interacciones magnetostáticas entre los dos imanes, el equipo de investigación afirma haber resuelto el misterio de anti-gravedad que desafiaba la física y confirmado el descubrimiento de una nueva forma de levitación.
En un artículo publicado en Physical Review Applied, los investigadores detallaron cómo el campo magnético giratorio del imán creaba un par contrarrestado por la acción giroscópica de la rotación del imán levitador. Este delicado equilibrio de fuerzas permitía una levitación estable, con las fuerzas magnéticas creando tanto un componente atractivo como repulsivo, equilibrando el imán «flotador» en el aire.
En lugar de desafiar las leyes de la magnetostática, los hallazgos revelaron que la posición de equilibrio del imán levitador se debe en realidad a las interacciones magnetostáticas entre el imán giratorio.
«Resulta que el imán flotador quiere alinearse con el imán giratorio, pero no puede girar lo suficientemente rápido para lograrlo. Y siempre que se mantenga este acoplamiento, flotará o levitará», explicó Bjørk. «Puedes compararlo con una peonza. No se mantendrá en pie a menos que esté girando, pero queda bloqueada en posición por su rotación. Solo cuando la rotación pierde energía es que la fuerza de la gravedad, o en nuestro caso, el impulso y la tracción de los imanes, se vuelven lo suficientemente grandes como para superar el equilibrio».
Hablando con Physics Magazine, Ucar reconoció la precisión del estudio reciente y sugirió mejoras adicionales en las simulaciones, especialmente al tener en cuenta el papel de las corrientes de Foucault. Mientras tanto, el equipo de Bjørk concluye que estas corrientes son insignificantes en este mecanismo de levitación.
Aplicaciones
Además de resolver un misterio desconcertante, esta interacción recién comprendida entre las fuerzas magnéticas podría abrir la puerta a un mundo de posibilidades en la tecnología de levitación magnética.
Algunos expertos, como Marcel Schuck, CEO y fundador de No-Touch Robotics en Zúrich, ya han señalado que un sistema que utilice este método recién descubierto de atrapar y manipular magnéticamente podría simplificar y mejorar las tecnologías de levitación magnética existentes.
Fuente: EurekAlert/TD. Edición: MP.