Levitación magnética

¿Alguna vez te has preguntado cómo funciona esa maceta que gira y vuela que venden por Aliexpress? ¿O cómo es posible que al saltar al campo los jugadores y árbitros de un partido de fútbol, el balón esté volando en una plataforma? Pues la realidad no es más complicada que juntar imanes, fuerzas y geometría. 

Un imán es un cuerpo con magnetismo, es decir, atrae o repele otros objetos manteniendo un campo magnético continuo. Un imán cuenta con dos polos opuestos, positivo y negativo o norte y sur. Si os suena esto de polo norte con la Tierra, es porque realmente el planeta funciona como un imán gigante, por eso las brújulas apuntan al norte, buscando esa parte del campo magnético. Los polos opuestos se atraen, mientras que los polos iguales se repelen.

Para entender cómo se atraen o repelen, hay que acordarse de cómo está formado un átomo. Los átomos se componen de electrones, con carga negativa, protones, con carga positiva y neutrones, sin carga. Existe un tipo de materiales llamados ferromagnéticos en los que aparece una ordenación en los átomos que hace que los campos magnéticos atraigan o repelan a este material. Ejemplos de materiales ferromagnéticos son el hierro, el acero, cobalto… Sin embargo, aparecen otro tipo de materiales, los diamagnéticos, en los que este efecto no aparece. Por lo que todo lo que asociemos a metales no significa que se vean atraídos por imanes, como puede ser el oro o el cobre por ejemplo. El aluminio es un material paramagnético, quiere decir que su actividad magnética en condiciones normales es prácticamente nula, pero puede ser modificado.

De esta forma, si se coloca un imán por la parte que repele a este material ferromagnético verticalmente, se generará una fuerza de repulsión vertical ascendente. Si esta fuerza vence al peso del material (el peso es el producto de la masa por el valor de la gravedad, por lo general 9.8 m/s2) el objeto va a levitar.

Pero para poder hacer esto, habría que colocar el imán y el objeto de manera que la dirección de la fuerza coincidiera a la perfección con el centro de gravedad de la pieza que levita, cosa que no siempre es fácil. Para simplificar esta colocación se pueden colocar diferentes imanes de manera que se generase un equilibrio de fuerzas, o más simple, un imán en forma de anillo.

Pero este efecto no se utiliza simplemente a modo de juguete, existen diferentes aplicaciones que se están utilizando en la actualidad de una manera muy disruptiva. Como ejemplos se pueden poner el tren de Maglev o el acelerador de partículas.

El tren de Maglev utiliza este efecto de levitación y se beneficia de las fuerzas magnéticas para generar movimiento. La parte exterior del tren es un imán, con los polos dispuestos de manera horizontal. La vía también es un imán, en la parte inferior estaría el mismo polo que esa parte del tren, de manera que se generaría una repulsión traducida en levitación, y en la parte superior estaría el polo opuesto, atrayendo el morro del tren y generando movimiento.

Además, cada vez que el tren pasa por un punto de la vía, esta cambia de polaridad, para generar una repulsión que empujará hacia delante el tren. 

Se han hecho pruebas en vacío, y este tipo de trenes podría llegar a alcanzar los 6440km/h. Esto de momento es inviable, ya que si un tren pasa a esta velocidad, generaría una onda que haría entrar en resonancia a las zonas colindantes creando un rastro de catástrofe a su paso. En la actualidad el récord de velocidad alcanzado ha sido de 603km/h en condiciones normales. Desde luego, una cifra para nada baja. 

Este tipo de tren está activo en China y Japón. Lo bueno que tienen es que prescinde del contacto entre tren y vía, bajando la fricción al mínimo. Pero los costes actualmente son enormes como para poder construir una red de este tipo de transporte. Pero la opción está ahí.

Otra aplicación es el acelerador de partículas. Aunque no sea la voz de esta página más autorizada para hablar de ello, simplemente pondré una breve pincelada de cómo se puede hacer que una partícula llegue a alcanzar una velocidad cercana a la de la luz. Se vuelven a usar imanes y un principio muy parecido al tren de Maglev. La partícula dentro del acelerador tiene una carga, por lo que se verá atraído por un polo del imán y repelido por el otro. De esta manera, el acelerador está programado para que la polaridad del imán vaya cambiando según pasa la partícula, siendo atraída  por la parte que va a recorrer y siendo repelida por la parte que ha recorrido, cambiando constantemente la polaridad del túnel. Es por ese motivo que el túnel tiene un diámetro tan grande, no es porque los físicos que trabajan ahí están un poco locos, que también.

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