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El lanzador de anillos es una demostración de física introductoria estándar que supongo que casi todos han visto (si no, YouTube). La explicación de por qué se lanza el anillo se explica en muchos sitios web. Por ejemplo, aquí está la explicación del sitio web de Pasco , que era exactamente la misma explicación que han usado varios de mis profesores:
El campo magnético cambiante de la bobina alimentada por CA provoca un flujo magnético cambiante a través del anillo de aluminio. La EMF inducida en el anillo establece una corriente que produce un campo magnético. El campo magnético inducido se opone al campo de la bobina, empujando el anillo hacia arriba.
Aquí es donde radica mi problema: siento que esta es una explicación incompleta y tiene un defecto grave. Dado que funciona con CA, me imagino que, durante un instante, la corriente a través del solenoide que crea este flujo magnético cambiante induce una corriente en el anillo, digamos, en la dirección CCW y esto hace que el anillo se levante. Sin embargo, una fracción de segundo después, la corriente a través del solenoide cambia en la dirección opuesta e induce una corriente en la dirección opuesta (CW) en el anillo. ¿No implica esto que el anillo ahora sería atraído por el solenoide en lugar de ser empujado hacia arriba? Sin embargo, esto no sucede, entonces, ¿por qué se lanza el anillo desde el solenoide?
La clave para mí vino después de realizar un análisis de circuitos y aprendí cómo el voltaje conduce a la corriente en un circuito AC RL (que es el lanzador de anillos). Si el voltaje inducido en el anillo ocurre antes de que entre la "segunda corriente inducida" (esta sería la corriente CW anterior), entonces el anillo tiene suficiente tiempo para ser empujado hacia arriba antes de que entre la atracción de la segunda corriente inducida.
Nunca he visto esta explicación antes, así que asumo que soy incorrecta. ¡Por favor corrigeme! En mi opinión, no hay forma de que se haya pasado por alto un concepto tan fundamental.
Gracias de antemano por cualquier ayuda en esta pregunta.
Dado que funciona con CA, me imagino que, durante un instante, la corriente a través del solenoide que crea este flujo magnético cambiante induce una corriente en el anillo, digamos, en la dirección CCW y esto hace que el anillo se levante. Sin embargo, una fracción de segundo después, la corriente a través del solenoide cambia en la dirección opuesta e induce una corriente en la dirección opuesta (CW) en el anillo. ¿No implica esto que el anillo ahora sería atraído por el solenoide en lugar de ser empujado hacia arriba?
No. Cuando la corriente en el solenoide cambia de dirección, también lo hace la corriente en el anillo. Mientras las corrientes no se muevan en el mismo sentido, la fuerza será repulsiva. Es análogo a dos imanes que siempre están de norte a norte o de sur a sur. En cualquier caso, la fuerza es repulsiva, no atractiva. Los polos norte y sur en la analogía son los momentos magnéticos de las dos espiras, y mientras la ley de inducción sea tal que las corrientes inducidas se opongan al cambio de flujo, estos momentos se oponen entre sí y la fuerza es repulsiva.
Hay una diferencia de fase de 90 grados entre la corriente de entrada y el voltaje inducido en el anillo debido a la ley de Lenz. Entonces, hay una diferencia de fase de 90 grados entre este voltaje inducido y la corriente inducida debido a la autoinductancia del anillo. Esto equivale a una diferencia de fase de 180 grados entre la corriente de entrada y la corriente inducida, lo que garantiza que los campos magnéticos sean siempre repulsivos. Si tiene en cuenta la resistencia, la diferencia de fase no es de 180 grados, pero lo suficiente como para que las fuerzas de repulsión sean mayores en promedio.
El Dr. Lewin lo explica hacia el final de la conferencia n.º 20 del MIT 8.02, unos 40 minutos después (la demostración de la "mujer levitando" se encuentra en la conferencia 19):
Nota: Levita un anillo conductor sobre un solenoide en la lección 20, pero la física es la misma que en la lección 19, donde levita un solenoide sobre un conductor.
bebop pero inestable