Levitação - Levitation
Levitação (do latim levitas "leveza") é o processo pelo qual um objeto é mantido no alto, sem suporte mecânico, em uma posição estável.
A levitação é realizada fornecendo uma força para cima que neutraliza a atração da gravidade (em relação à gravidade na terra), além de uma força estabilizadora menor que empurra o objeto em direção a uma posição inicial sempre que estiver a uma pequena distância dessa posição inicial. A força pode ser uma força fundamental, como magnética ou eletrostática, ou pode ser uma força reativa, como óptica, flutuante, aerodinâmica ou hidrodinâmica. A levitação exclui a flutuação na superfície de um líquido porque o líquido fornece suporte mecânico direto. A levitação exclui o voo flutuante de insetos, colibris, helicópteros, foguetes e balões porque o objeto fornece sua própria força de contra-gravidade.
Física
A levitação (na Terra ou em qualquer planetóide) requer uma força ascendente que cancela o peso do objeto, para que o objeto não caia (acelere para baixo) ou suba (acelere para cima). Para estabilidade posicional, qualquer pequeno deslocamento do objeto levitando deve resultar em uma pequena mudança na força na direção oposta. as pequenas mudanças na força podem ser realizadas por campo (s) gradiente ou por regulação ativa. Se o objeto for perturbado, ele pode oscilar em torno de sua posição final, mas seu movimento eventualmente diminui a zero devido aos efeitos de amortecimento . (Em um fluxo turbulento, o objeto pode oscilar indefinidamente.)
As técnicas de levitação são ferramentas úteis na pesquisa em física. Por exemplo, os métodos de levitação são úteis para estudos de propriedades de fundidos em alta temperatura porque eliminam o problema de reação com recipientes e permitem o subresfriamento profundo dos fundidos. As condições sem recipiente podem ser obtidas opondo-se à gravidade com uma força de levitação, em vez de permitir que um experimento inteiro caia em queda livre.
Levitação magnética
A levitação magnética é a forma de levitação mais comumente vista e usada.
Materiais diamagnéticos são comumente usados para fins de demonstração. Neste caso, a força de retorno surge da interação com as correntes de blindagem . Por exemplo, uma amostra supercondutora , que pode ser considerada um diaímã perfeito ou um supercondutor idealmente rígido , levita facilmente em um campo magnético externo ambiente. O supercondutor é primeiro aquecido fortemente, depois resfriado com nitrogênio líquido para levitar no topo de um diamagneto. Em um campo magnético muito forte por meio de levitação diamagnética , até mesmo pequenos animais vivos levitaram.
É possível levitar a grafita pirolítica colocando finos quadrados dela acima de quatro ímãs cúbicos com os pólos norte formando um pólo diagonal e os pólos sul formando a outra diagonal. Os pesquisadores até levitaram com sucesso gotículas de líquido (não magnéticas) rodeadas por fluidos paramagnéticos. O processo de levitação magnética inversa é geralmente referido como efeito Magneto-Arquimedes.
A levitação magnética está em desenvolvimento para uso em sistemas de transporte. Por exemplo, o Maglev inclui trens que são levitados por um grande número de ímãs. Devido à falta de atrito nos trilhos-guia, eles são mais rápidos, mais silenciosos e mais suaves do que os sistemas de transporte de massa com rodas.
A suspensão eletrodinâmica usa campos magnéticos AC.
Levitação eletrostática
Na levitação eletrostática, um campo elétrico é usado para neutralizar a força gravitacional. Algumas aranhas lançam seda para o ar para montar o campo elétrico da Terra.
Levitação aerodinâmica
Na levitação aerodinâmica, a levitação é obtida flutuando o objeto em uma corrente de gás, produzida pelo objeto ou agindo sobre o objeto. Por exemplo, uma bola de pingue-pongue pode ser levitada com o fluxo de ar de um aspirador de pó definido como "sopro". Com impulso suficiente, objetos muito grandes podem ser levitados usando este método.
Levitação de filme de gás
Esta técnica permite a levitação de um objeto contra a força gravitacional, fazendo-o flutuar sobre uma fina película de gás formada pelo fluxo de gás através de uma membrana porosa . Usando esta técnica, derretimentos de alta temperatura podem ser mantidos limpos de contaminação e ser super-resfriados. Um exemplo comum de uso geral inclui air hockey , onde o disco é levantado por uma fina camada de ar. Os hovercraft também usam essa técnica, produzindo uma grande região de ar de alta pressão embaixo deles.
Levitação acústica
A levitação acústica usa ondas sonoras para fornecer uma força de levitação.
Levitação ótica
A levitação óptica é uma técnica na qual um material é levitado contra a força da gravidade para baixo por uma força para cima decorrente da transferência do momento do fóton ( pressão de radiação ).
Levitação flutuante
Os gases em alta pressão podem ter uma densidade que excede a de alguns sólidos. Assim, eles podem ser usados para levitar objetos sólidos por meio de flutuabilidade . Gases nobres são preferidos por sua não reatividade. O xenônio é o gás nobre não radioativo mais denso, com 5,894g / L. O xenônio tem sido usado para levitar o polietileno , a uma pressão de 154atm.
Força Casimir
Os cientistas descobriram uma maneira de levitar objetos ultrapequenos pela manipulação da chamada força de Casimir , que normalmente faz com que os objetos fiquem juntos devido a forças previstas pela teoria quântica de campos . No entanto, isso só é possível para micro-objetos.
Usos
Trens Maglev
A levitação magnética é usada para suspender os trens sem tocar nos trilhos. Isso permite velocidades muito altas e reduz muito os requisitos de manutenção para esteiras e veículos, pois ocorre pouco desgaste. Isso também significa que não há atrito, então a única força agindo contra ele é a resistência do ar.
Levitação animal
Os cientistas levitaram rãs, gafanhotos e ratos por meio de poderosos eletroímãs utilizando supercondutores, produzindo repulsão diamagnética da água corporal. Os ratos agiram confusos no início, mas se adaptaram à levitação após aproximadamente quatro horas, não sofrendo efeitos nocivos imediatos.
Leitura adicional
- Charles P. Strehlow; MC Sullivan (2008). "Uma demonstração de levitação em sala de aula ...". American Journal of Physics . 77 (9): 847–851. arXiv : 0803.3090 . doi : 10.1119 / 1.3095809 . S2CID 119108808 ..
Veja também
Referências
links externos
A definição do dicionário de levitação no Wikcionário