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La levitación (del latín levitas "ligereza") [1] es el proceso por el cual un objeto se mantiene en alto, sin soporte mecánico, en una posición estable.
La levitación se logra proporcionando una fuerza ascendente que contrarresta el tirón de la gravedad (en relación con la gravedad en la tierra), más una fuerza estabilizadora más pequeña que empuja el objeto hacia una posición inicial siempre que se encuentre a una pequeña distancia de esa posición inicial. La fuerza puede ser una fuerza fundamental como magnética o electrostática, o puede ser una fuerza reactiva como óptica, flotante, aerodinámica o hidrodinámica. [ cita requerida ] La levitación excluye la flotación en la superficie de un líquido porque el líquido proporciona soporte mecánico directo. La levitación excluye el vuelo estacionario de insectos, colibríes, helicópteros, cohetes y globos porque el objeto proporciona su propia fuerza de contragravedad.[ cita requerida ]
Física
La levitación (en la Tierra o en cualquier planetoide) requiere una fuerza hacia arriba que anule el peso del objeto, de modo que el objeto no caiga (acelere hacia abajo) o suba (acelere hacia arriba). Para la estabilidad posicional, cualquier pequeño desplazamiento del objeto levitando debe resultar en un pequeño cambio en la fuerza en la dirección opuesta. [ cita requerida ] los pequeños cambios en la fuerza se pueden lograr mediante campos de gradiente o mediante regulación activa. Si se perturba el objeto, puede oscilar alrededor de su posición final, pero su movimiento eventualmente disminuye a cero debido a los efectos de amortiguación . (En un flujo turbulento, el objeto puede oscilar indefinidamente). [ Cita requerida ]
Las técnicas de levitación son herramientas útiles en la investigación de la física. Por ejemplo, los métodos de levitación son útiles para estudios de propiedades de fusión a alta temperatura porque eliminan el problema de la reacción con los recipientes y permiten un subenfriamiento profundo de las masas fundidas. Las condiciones sin contenedores se pueden obtener oponiendo la gravedad con una fuerza de levitación en lugar de permitir que todo un experimento caiga libremente. [2]
Levitación magnética
La levitación magnética es la forma de levitación más comúnmente vista y utilizada.
Los materiales diamagnéticos se utilizan comúnmente con fines de demostración. En este caso, la fuerza de retorno surge de la interacción con las corrientes de apantallamiento . Por ejemplo, una muestra superconductora , que puede considerarse como un diamagnet perfecto o un superconductor idealmente duro , levita fácilmente en un campo magnético externo ambiental. El superconductor primero se calienta fuertemente, luego se enfría con nitrógeno líquido para levitar sobre un diamagnet. En un campo magnético muy fuerte por medio de levitación diamagnética , incluso pequeños animales vivos han sido levitados.
Es posible hacer levitar el grafito pirolítico colocando cuadrados delgados sobre cuatro imanes de cubo con los polos norte formando una diagonal y los polos sur formando la otra diagonal. [3] Los investigadores incluso han levitado con éxito gotas de líquido (no magnéticas) rodeadas de fluidos paramagnéticos. [4] El proceso de tal levitación magnética inversa generalmente se conoce como efecto Magneto-Arquímedes.
La levitación magnética está en desarrollo para su uso en sistemas de transporte. Por ejemplo, el Maglev incluye trenes que son levitados por una gran cantidad de imanes. Debido a la falta de fricción en los rieles de guía, son más rápidos, silenciosos y suaves que los sistemas de transporte público con ruedas.
La suspensión electrodinámica utiliza campos magnéticos de CA.
Levitación electrostática
En la levitación electrostática se utiliza un campo eléctrico para contrarrestar la fuerza gravitacional. Algunas arañas disparan seda al aire para montar el campo eléctrico de la Tierra.
Levitación aerodinámica
En la levitación aerodinámica, la levitación se logra flotando el objeto sobre una corriente de gas, ya sea producida por el objeto o actuando sobre el objeto. Por ejemplo, una pelota de ping pong se puede levitar con la corriente de aire de una aspiradora colocada en "soplo". Con suficiente empuje, se pueden levitar objetos muy grandes usando este método.
Levitación de película de gas
Esta técnica permite la levitación de un objeto contra la fuerza gravitacional flotando sobre una fina película de gas formada por el flujo de gas a través de una membrana porosa . Con esta técnica, las masas fundidas a alta temperatura pueden mantenerse limpias de la contaminación y superenfriarse. [2] Un ejemplo común en el uso general incluye el hockey de aire , donde el disco es levantado por una fina capa de aire. Los aerodeslizadores también usan esta técnica, produciendo una gran región de aire a alta presión debajo de ellos.
Levitación acústica
La levitación acústica utiliza ondas sonoras para proporcionar una fuerza levitante.
Levitación óptica
La levitación óptica es una técnica en la que un material se hace levitar contra la fuerza de gravedad descendente mediante una fuerza ascendente derivada de la transferencia de la cantidad de movimiento de los fotones ( presión de radiación ).
Levitación flotante
Los gases a alta presión pueden tener una densidad superior a la de algunos sólidos. Por tanto, pueden utilizarse para hacer levitar objetos sólidos mediante la flotabilidad . [5] Se prefieren los gases nobles por su falta de reactividad. El xenón es el gas noble no radiactivo más denso, con 5.894 g / L. El xenón se ha utilizado para levitar polietileno , a una presión de 154atm.
Fuerza de casimir
Los científicos han descubierto una forma de levitar objetos ultrapequeños manipulando la llamada fuerza de Casimir , que normalmente hace que los objetos se peguen debido a las fuerzas predichas por la teoría cuántica de campos . Sin embargo, esto solo es posible para microobjetos. [6] [7]
Usos
Trenes maglev
La levitación magnética se utiliza para suspender trenes sin tocar la vía. Esto permite velocidades muy altas y reduce en gran medida los requisitos de mantenimiento de las vías y los vehículos, ya que se produce poco desgaste. Esto también significa que no hay fricción, por lo que la única fuerza que actúa contra ella es la resistencia del aire.
Levitación animal
Los científicos han hecho levitar ranas, [8] saltamontes y ratones por medio de poderosos electroimanes que utilizan superconductores, produciendo una repulsión diamagnética del agua corporal. Los ratones actuaron confundidos al principio, pero se adaptaron a la levitación después de aproximadamente cuatro horas, sin sufrir efectos nocivos inmediatos. [9] [10]
Otras lecturas
- Charles P. Strehlow; MC Sullivan (2008). "Una demostración de levitación en el aula ...". Revista estadounidense de física . 77 (9): 847–851. arXiv : 0803.3090 . doi : 10.1119 / 1.3095809 . S2CID 119108808 ..
Ver también
- Anti gravedad
- Vuelo
- Efecto Leidenfrost
- Ingravidez
Referencias
- ^ Levitate , "elevarse en virtud de la ligereza", del latín levitas "ligereza", modelado en inglés en gravitate : Diccionario de etimología en línea
- ↑ a b Paul C. Nordine; JK Richard Weber; Johan G. Abadie (2000), "Properties of high-temperature melts using levitation", Pure and Applied Chemistry , 72 (11): 2127-2136, doi : 10.1351 / pac200072112127
- ^ Waldron, Robert D. (1966), "Levitación diamagnética con grafito pirolítico", Revisión de instrumentos científicos , 37 (1): 29–35, Bibcode : 1966RScI ... 37 ... 29W , doi : 10.1063 / 1.1719946
- ^ Singh, Chamkor; Das, Arup K .; Das, Prasanta K. (2018), "Levitación de una gota no magnetizable dentro de un ferrofluido" , Journal of Fluid Mechanics , 857 : 398–448, arXiv : 1712.01500 , Bibcode : 2018JFM ... 857..398S , doi : 10.1017 / jfm.2018.733 , S2CID 53607312
- ^ http://www.mrs.org/s_mrs/sec_subscribe.asp?CID=12048&DID=275340&action=detail Procesamiento de materiales mediante levitación en alta presión de gas
- ^ "Los científicos revelan el secreto de la levitación, Yahoo! News" . yahoo.com .
- ^ "Levitación en miniatura, hipótesis nula" . null-hypothesis.co.uk . Archivado desde el original el 17 de julio de 2011 . Consultado el 23 de agosto de 2007 .
- ^ "Las ranas levitan en un campo magnético lo suficientemente fuerte" . physics.org . Consultado el 20 de noviembre de 2014 .
- ^ "NASA levita un ratón con campos magnéticos" . Ciencia popular . 9 de septiembre de 2009 . Consultado el 20 de noviembre de 2014 .
- ^ [1] Ratones levitados en el laboratorio
enlaces externos
La definición del diccionario de levitación en Wikcionario
- Levitación diamagnética (YouTube)
- Demostraciones de levitación superconductora
- Levitación
- Gravedad
