¿Cómo es posible la levitación estable?

Esta pregunta hace referencia al video en esta publicación de blog: http://www.universetoday.com/90183/quantum-levitation-and-the-superconductor/

Mi pregunta es la siguiente: ¿cómo es estable el disco en su posición de levitación?

Específicamente, 25 segundos después del video, el expositor lo voltea todo y el disco no se cae. Esto contradice dos ideas intuitivas que tengo:

  1. Con el lado derecho hacia arriba, la gravedad está contrarrestando el efecto repulsivo del imán. Al revés, la gravedad está trabajando con él. A menos que haya alguna adaptación en otro lugar, ¿no debería ser suficiente "cambiar de lado por gravedad" para arrancar el disco del imán?

  2. Recordé algo sobre las fuerzas del "cuadrado inverso" que no permiten equilibrios estables de la física universitaria; efectivamente, Wikipedia lo llama el teorema de Earnshaw. No veo cómo esto está exento de esa regla. Supongo que no entiendo el diamagnetismo.

Cualquier sustancia conductora, cuando se mueve en un campo magnético, experimentará corrientes de Foucault, causando arrastre y disipación de energía porque el material tiene resistencia a las corrientes, generando calor. En un superconductor, este efecto está en los esteroides. El arrastre es tan fuerte que parece bloquear al conductor en el campo. ¿No?
Entiendo que el equilibrio estable se aplica a objetos bajo la influencia de una sola fuerza, como un sistema masa-resorte sin los efectos de la gravedad o la fricción. El equilibrio estable es donde la fuerza lineal del resorte no ejerce fuerza sobre la masa. Otro ejemplo es un objeto equilibrado. Digamos que equilibro un cono en su punta sobre una mesa. Está en equilibrio estático bajo la influencia de la gravedad (tomando un enfoque clásico). Así que no creo que el teorema de Earnshaw se aplique a esto, porque el disco está sujeto tanto a la gravedad como al efecto del imán.
@MikeDunlavey: Creo que entiendo tu punto: no es que el disco sea repelido por el imán, es que el disco no quiere moverse en relación con el imán. Porque si lo hiciera, habría grandes corrientes de Foucault que se opondrían a ese movimiento. El hecho de que todavía haya una pequeña resistencia significa que el expositor puede usar su mano para mover el disco dentro y fuera del campo.
el investigador en el video de Tel Aviv es muy específico en que no se trata de levitación magnética, sino de bloqueo cuántico.
@Anónimo: Eso es lo que pensé, pero en realidad me gusta más la explicación de FrankH.

Respuestas (2)

Traté de agregar esto como un comentario, pero es demasiado largo, así que lo estoy convirtiendo en una respuesta. Este no es mi texto, sino el texto de uno de los comentaristas del video:

  • "Los superconductores son de dos tipos, que se definen por su efecto Meissner. Un tipo repele los campos magnéticos, que harán levitar el objeto superconductor. Un superconductor de tipo I se convierte en un material diamagnético perfecto, que exhibe una magnetización en la dirección opuesta de un magnético aplicado. campo. El efecto Meissner crea un material diamagnético completo para que no haya líneas de campo magnético presentes en ese material. Dudo que esto suspenda el objeto contra la gravedad colocándolo en el fondo, ya que los campos magnéticos en oposición impondrán una fuerza en el superconductor en la misma dirección que la gravedad.

    Existe lo que podría llamarse un efecto anti-Meissner donde el material superconductor colima las líneas de flujo magnético en tubos estrechos o flujos de vórtice. Si el campo magnético en general no es perfectamente uniforme, se necesita trabajo para mover el objeto a través del campo magnético y, por lo tanto, energéticamente es favorable permanecer en una región con B_in y B_out permanece igual. Este es el efecto Landau-Ginsburg y se encuentra en los superconductores de tipo II. Creo que este es un caso de un superconductor tipo II".

Esto me suena bien y explica lo que significa el bloqueo cuántico, ya que la superconductividad es un fenómeno cuántico macroscópico que bloquea efectivamente el flujo magnético en tubos específicos en el superconductor. La fuerza que se opone a la gravedad es, por supuesto, magnética, por lo que no estamos hablando de ningún tipo de nueva fuerza de la naturaleza.

Cuando usa su mano para mover el superconductor, está usando suficiente fuerza para hacer que los tubos de flujo magnético se reorganicen, pero aparentemente la fuerza de la gravedad es lo suficientemente débil como para que no pueda reorganizar los tubos de flujo por sí misma. Así que predigo que si agregas suficiente peso al disco, se caerá :)

Tu explicación tiene más sentido que la mía.

Hay un truco fácil detrás de esto. Mire de cerca el video, el disco superconductor está levitando sobre varios imanes pequeños. Los imanes se colocan en una configuración de tablero de ajedrez:

+ - + - + -

- + - + - +

+ - + - + -

Ahora dibuje las líneas de flujo magnético para esta configuración. Básicamente se verá como muchos anillos entrando y saliendo de los imanes. Con esta configuración ya puedes levitar una pequeña pieza de grafito debido al alto diamagnetismo. Con un superconductor tipo 2, otro fenómeno bloquea el disco sobre el imán: como FrankH ya te mencionó, las líneas de flujo penetrarán en el disco superconductor si lo fuerza en esta posición. Debido a las pequeñas impurezas, tendrá áreas en el material que no son superconductoras y las líneas de flujo se pegarán a esas áreas. Este es el estado energéticamente más favorable.

Si intenta mover el disco, estas líneas de flujo tienen que moverse desde el sitio de la impureza a través del material y crear pequeñas áreas no superconductoras que son energéticamente desfavorables (se pierde la energía de condensación en esas áreas).

El bloqueo de las líneas de flujo puede ser mucho más fuerte que la gravedad y ya se usa para levitar trenes ( Maglev ).

Desde el enlace wiki para Maglev: ...Los sistemas EMS se basan en la estabilización electrónica activa. Dichos sistemas miden constantemente la distancia del rodamiento y ajustan la corriente del electroimán en consecuencia. Todos los sistemas EDS son sistemas móviles (ningún sistema EDS puede hacer levitar el tren a menos que esté en movimiento). Si se utilizan imanes superconductores en un tren sobre una vía hecha de un imán permanente, entonces el tren quedaría bloqueado en su posición lateral sobre la vía. ... Esto se debe al efecto Meissner. --- por lo que parece que ninguno de los trenes Maglev utiliza la tecnología superconductora Tipo 2.
@FrankH: Sí, existen diferentes sistemas de suspensión para trenes Maglev. El efecto de bloqueo de un superconductor tipo 2 se ha utilizado en este prototipo de tren: Supratrans , no estoy seguro de si ya se ha utilizado en grandes trenes comerciales.
@FrankH Creo que estás leyendo mal ese artículo de wiki. Además, todos los superconductores de alta Tc son de tipo II; cualquier aplicación a gran escala de tipo I SC suele ser completamente inviable, ya que necesita refrigeración con helio líquido.
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