Este experimento utiliza uno de los tipos de fuerzas que rigen el universo, las más poderosas y pueden formar campos sumamente intensos. Estamos hablando de las fuerzas electromagnéticas.
En un principio se pensaba que existían tanto fuerzas eléctricas como fuerzas magnéticas. Sin embargo, Einstein demostró que ambos fenómenos son producto del mismo origen y que por tanto no pueden ser separadas, así que comenzaron a estudiarse como una misma fuerza: la fuerza electromagnética.
Asociada a cada corriente eléctrica, que puede considerarse como una onda que se propaga, existe una onda que corre en el mismo sentido y de forma perpendicular a esta, las ondas magnéticas. Si se hace que una corriente eléctrica gire en “círculos” en un mismo sentido, las ondas magnéticas comienzan a sumarse en lugar de restarse y lo que se logra es un campo magnético. Mientras más “vueltas” se den a un núcleo ferromagnético, más “líneas” se sumarán al campo magnético y éste se vuelve más intenso. Este es el principio de todos los electro imanes.
Los campos eléctricos son muchísimo más intensos que los magnéticos, pero estos también pueden llegar a ser muy intentos. De hecho un campo magnético producido por un pequeño electro imán con una batería de apenas unos 9 voltios es capaz de sobreponerse a todo el campo gravitatorio del planeta Tierra. Si se estima que la masa de la Tierra es de aproximadamente 6×1024 kilogramos (un número verdaderamente gigantesco) y que el campo gravitatorio que genera puede ser vencido por un pequeñísimo imán podemos vislumbrar realmente cuán intensos son los campos magnéticos frente a los campos gravitatorios. Asimismo, los campos eléctricos son mucho más intensos.
Aplicando los aprendido, mediante unos imanes pretenderemos suspender dos CDs de tal manera que leviten y giren sobre su propio eje. Para ello, lo primero que habría que notar es que necesitaremos vencer la fuerza de la gravedad que buscará atraer los imanes hacia el suelo. Como ya lo mencionamos, los imanes pueden producir un campo magnético lo suficientemente intenso como para vencer todo el campo gravitatorio de la Tierra, es así como realizaremos este experimento.
La ciencia ya ha logrado que leviten cuerpos de masas enormes, como los famosos trenes bala. Estos trenes flotan o levitan gracias a que un campo magnético lo suficientemente intenso impide que caigan al suelo. Así, con un empujón el tren puede alcanzar velocidades enormes y dado que no existe fricción porque el tren y los rieles nunca están en contacto directo, la velocidad puede ser alcanzada con relativa facilidad.
Necesitamos:
- Dos CDs junto con una de las cajas que los contienen (esas que tienen un tubo plástico en el medio para sostener los CDs en su lugar).
- Imanes pequeños y de forma idéntica (los suelen vender como cilindros o cubos).
- Pegamento, de preferencia algún tipo de pegamento industrial o con muy buena adherencia.
Procedimiento:
El primer paso será identificar los polos de cada imán. Sin importar cuál sea el polo positivo y cuál el negativo, lo único que importa es que logremos identificar qué polos se atraen y qué polos se repelen. Si todos los imanes en cierta posición se repelen, entonces todos tienen la misma carga sin importar cuál sea. Esto es lo que buscamos, ya que esta fuerza, producto de cargas iguales (cargas iguales se repelen y fuerzas contrarias se atraen) son las que le darán ese impulso a los CDs necesario para hacerles levitar.
Una vez que tengamos bien identificados todos los lados del imán o polos con cargas iguales, es decir, que se repelan unos a otros, comenzaremos a pegar los imanes en los CDs. Es importante que nos aseguremos que todos los imanes se encuentren orientados hacia la misma carga para que se produzca la repulsión y nunca una atracción. Colocaremos los imanes en hilera en los extremos del CD.
Una vez que estén los todos los CDs con los imanes, tomaremos la caja que los contenía y cortaremos el tubo plástico de manera tal que queden unos 5 cm, incluso un poco menos pero no demasiado pequeño o los CDs no podrán mantenerse en el mismo lugar ya que uno se caerá. Una vez hecho esto, se coloca el primer CD en la caja con los imanes viendo hacia arriba. El segundo CD se coloca con los imanes viendo hacia abajo y lo que deberíamos observar es que el CD de arriba queda suspendido en el aire sin poder tocar los otros imanes. En este punto entonces podemos hacer girar el CD y debería de girar por un buen rato ya que la fricción que pudiese ejercer el tubo plástico debería ser muy pequeña dada la reducida área de contacto.
Explicación
Como ya se estableció antes, los campos magnéticos son muy intensos. La fuerza electromagnética es bastante fuerte y suele sobreponerse a otros tipos de fuerzas presentes en el universo. Por ejemplo, existen básicamente 4 tipos de fuerzas conocidos en el universo: la fuerza de la gravedad, la electromagnética, la nuclear débil y la nuclear fuerte. La fuerza electromagnética puede vencer a la fuerza nuclear siempre que los átomos estén lo suficientemente separados entre ellos, de esta manera únicamente los electrones participan en las reacciones químicas comunes y no los núcleos. A temperaturas de decenas de millones de grados centígrados la fuerza con la que colisionan los átomos es tal que se logra venden la repulsión eléctrica entre los electrones (que tienen la misma carga) y la de los protones (que también tienen la misma carga entre ellos) y entra en juego la fuerza nuclear. Por otro lado, en los agujeros negros también se vence la fuerza eléctrica debido a campos gravitatorios extraordinariamente grandes, tan grandes que nada puede escapar a su gravedad. Sin embargo, en la mayoría de las situaciones cotidianas, la fuerza electromagnética prevalece por sobre las demás fuerzas.
Lo anterior explica que ni siquiera la Tierra con toda su masa puede generar un campo magnético suficientemente intenso como para vencer una serie de pequeños imanes. Dado que la fuerza no es suficiente, entonces los imanes obligan a los CDs a levitar debido a las cargas iguales de los imanes. Es así, como logramos que nuestros CDs floten
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