Imán 

Un imán es un material que tiene la capacidad de producir un campo magnético en su exterior, el que es capaz de atraer al hierro, así como también al níquel y al cobalto.Existen imanes de origen natural y otros fabricados de forma artificial. Generalmente, aquellos que son naturales manifiestan sus propiedades en forma permanente, como es el caso de la magnetita.

Los imanes artificiales se pueden crear a partir de la mezcla o aleación de diferentes metales.

La característica de atracción que poseen los imanes se hace más potente y evidente hacia sus extremos o polos, los que son denominados norte y sur, ya que tienden a orientarse a los extremos de nuestro planeta, ya que sus polos son imanes naturales gigantes.  

Así como sucede con los imanes, debido a los polos, en la Tierra, el espacio en el que se manifiesta la acción de los enormes imanes se denomina campo magnético.

Polos magnéticos

Tanto si se trata de un tipo de imán como de otro,la fuerza máxima de atracción se halla en sus extremos, llamados polos.Un imán consta de dos polos denominados polo norte y polo sur  o alternativamente polo positivo o polo negativo. Los polo iguales se repelen y los polos distintos se atraen.No existen polos aislados y por lo tanto, si un imán se rompe en dos partes se forman dos nuevos imanes, cada uno por su polo note y su polo sur aunque la fuerza de atracción del imán disminuye. 

Polaridad de un imán

Para determinar los polos de un imán se considera la tendencia de este a orientarse según  los polos magnéticos de la tierra, que es un gigantesco imán natural: El polo norte de un imán se orienta hacia el polo sur magnético que esta próximo al polo norte geográfico mientras que el polo sur del imán se orienta hacia el polo norte magnético que esta próximo al polo sur geográfico  El angulo comprendido entre la componente horizontal del campo magnético terrestre y el meridiano geográfico se denomina declinación magnética. 

ELABORAR UN LEVITRON

El levitron es un curioso aparato con el que se puede lograr la levitación de una pequeña peonza  mientras gira el el aire. La base oculta un imán en forma de anillo que proporciona un campo magnético en forma de copa.La peonza, a su vez, consta de un núcleo que es también un imán. El polo N del anillo y el S de la peonza se enfrentan, razón por la cual está es fuertemente atraída por la base. Una vez puesta en rotación el campo magnético de la peonza y del imán están prácticamente alineados si se exceptúa la pequeña presión del eje de la peonza alrededor del eje vertical.

MATERIALES :

•  Un tapón de pluma liso.
•  Un imán
•  Anillo de metal
•  Seguro de cortauñas
•  Pedazo de platico
• Pegamento cola-cola.
• Pequeños anillos ligeros. 
• Empaques de agua.
• Lija 

A continuación mostramos un vídeo de ayuda para realizar el levitron

A medida que la peonza asciende, la interacción entre ambos campos magnéticos provoca que la atracción entre la peonza y la base se transforme en un efecto de sustentación, aproximadamente de unos 3 cm de altura que puede llegar a equilibrar la fuerza de atracción gravitatoria.

Debemos tener un cuenta que el valor del campo magnético puede variar  en función de la temperatura u otros factores.Por tanto, puede ser necesario ajustar ligeramente la masa de la peonza en cada experiencia .

¡Y al peonza levita! Pero...
¿POR QUE LEVITA?

La peonza no se traslada y no vuelva, pero ¿Por que?

Sobre la peonza actúan dos fuerzas:

1.La repulsión magnetica 

2.Peso

El peso se equilibra con la repulsión magnética

-LEY FUNDAMENTAL DE LA DINÁMICA DE TRASLACIÓN -

F = d/dt (m v)   "Si la masa es constante la fuerza neta provoca variacion de velocidad"

Ambas fuerzas se anulan y la fuerza neta es cero.

Como el vector F es nulo entonces el vector mv se mantiene constante 

.

F = d/dt (mv)

La velocidad de traslacion se mantiene constante y como inicialmente la peonza no se trasladaba.

¡La peonza permanece en equilibrio de traslación y no se traslada! 

Pero..¿Pero por que no vuelca?

Movimiento angular = Momento de energia y velocidad angular

L = I W

Los vectores L y w son paraelos al eje de giro.

El momento angular, L se permanece constante en efecto..

-Ley fundamental de la dinámica de rotación-

r x F = d/dt L   "El momento de la fuerza neta provoca variacion del momento angular"

Al ser constante el vector L se mantiene constante el eje de giro de la peonza.

Preguntas frecuentes:

1.Lo que vale la capota arriba?

El "antigravedad" fuerza que repele la parte superior de la base es el magnetismo. Tanto la parte superior y la losa. Se cuelga donde esta repulsión hacia arriba equilibra la fuerza de gravedad hacia abajo, es decir, en el punto de equilibrio en el que la fuerza total es cero.

2.¿Por que tiene que girar?

Para evitar que la parte superior de vuelco.Ademas de proporcionar una fuerza sobre la parte superior como un todo, el campo magnético de la base proporciona un eje  que tiende a girar su eje de giro. Si la parte superior no daban vueltas, este par magnético que darle la vuelta. Entonces su polo sur seria apuntar hacia abajo y la fuerza de la base seria atractivo es decir, en la misma dirección de la gravedad y la parte superior se cairia. Cuando la parte superior esta girando, e par actual giroscopicamente y el eje de vuelco, pero no gira alredor de la dirección (casi vertical) del campo magnético. Esta rotación se llama precesion. Con el levitron, el eje es casi vertical y la precesion es visible como un temblor que se vuelve mas pronunciado a medida que la parte superior se ralentiza.

3.¿Por que no funciona el deslizamiento lateral superior?

En la parte superior de permanecer suspendido, el equilibrio por si solo no es suficiente. El equilibrio también debe ser estable  de modo que un ligero desplazamiento horizontal o vertical produce una fuerza de empuje hacia la parte superior trasera del punto de equilibrio. Para el levitron, la estabilidad es difícil de logar. Depende del hecho de que a medida que el mejor lateralmente  alejándose del eje de la base del imán  el campo magnético de la base, sobre el movimiento de precisión exacto vertical. la física de campos magnéticos haría que el equilibrio inestable. Dedido a que el campo es tan cerca de la vertical, el equilibrio es estable solo en un pequeño rango de alturas- entre aproximadamente 1.25 pulgadas y 1.75 pulgadas sobre el centro de la base. El teorema de Earnshaw no se viola por el comportamiento del levitron. Que teorema afirma que no hay disposiciones estáticas de magnéticas o eléctrica los cargos pueden ser estables, solo o en virtud de la gravedad, no se aplica al levitron porque el iman ( en la parte superior) esta girando y por lo tanto responde dinamicamente en el campo de la base.

4.-¿Por que es tan importante el peso, y por que debe ser ajustado con tanta frecuencia?

El peso de la parte superior y la fuerza de magnetización de la base y la parte superior determinar la altura de equilibrio donde el magnetismo equilibra la gravedad .

Esta altura debe estar dentro del rango estable.Ligeros cambios de temperatura alterar la magnetización de la base y la parte superior ( como la temperatura aumenta, las direcciones de lo imanes atómicos aleatorizar y debilita el campo). A menos que el peso se ajusta para compensar, el equilibrio se moverá fuera del rango estable y la parte superior se caerá.

Debido a que el rango estable es tan pequeño, este ajuste es delicada- el mas ligero de la arandela es de solo 0.3 % del pero de la parte superior

5.-¿Por que son los imanes de cerámica y metal no?

El campo magnético de la base empuja lateralmente sobre los electrones en la parte superior a medida que giran a travez del campo.En una tapa de metal, que conduce electricidad, los electrones fluiría  Resistencia en el metal húmedo estas " corrientes de Foucault" y disipar la energia de rotacion del trompo, haciendo que se reduzca la velocidad y caer con el tiempo. La parte superior de cerámica es aislante, por lo que las corrientes de Foucault no puede fluir.

6.- ¿Por que la parte superior finalmente se caira?

La parte superior gira de manera estable en el intervalo de aproximadamente 20 a 26 revoluciones por segundo (rps). Es completamente inestable por encima de 30 rps. Después de la parte superior se giro y levita, se ralentiza debido a la resistencia del aire. Después de unos minutos se alcanza el limite de estabilidad inferior (18 rps) y caídas  El tiempo de vida de rotación del levitron puede extenderse colocandolo en un vació  En algunos experimentos de vació  la parte superior cae después de aproximadamente 30 minutos. ¿Por que lo hace no es clara tal vez los cambio de temperatura, empujando el equilibrio fuera del rango estable, tal vez hay una pequeña residual inestabilidad a largo plazo debido a que la parte superior no gira lo suficiente rápido, o tal vez las vibraciones del equipo de vació desplazar el campo y poco a poco el eje de precisión fuera de la dirección de campo. Levitación puede ser considerablemente prolongado por soplado de aire contra un collar apropiadamente dentada colocada alrededor de la periférica de la parte superior de modo que se mantenga la frecuencia de giro en el rango estable. 

En resumen...

La fuerza neta sobre la peonza es nula, el momento angular es constante, el eje de giro no cambia y la peonza no vuelca. 

La peonza se encuentra en equilibrio de traslación m v= cte.

Y en equilibrio de rotación L = cte. 

Velocidad de traslación nula y el eje de giro permanece constante en el tiempo.

La peonza se encuentra en equilibrio de traslación a velocidad nula y en equilibrio de rotación manteniendo constante su eje de giro.  

Integrantes del equipo :

• Lucero De Jade Hernández Hernández.
• Andrea Berenice Lechuga Bautista

Profesor: Sergio Carmelo Ramirez Hernandez 

 C.B.T.i.s. 86 "Gral. Francisco Villa" 5to. G