Hemos descubierto un nuevo tipo de levitación magnética. Y abre interesantes posibilidades para la la industria

Magia parece, física es. Hace dos años Hamdi Ucar, un ingeniero eléctrico que trabajaba en Göksal Aeroaunics, en Turquía, se dio cuenta de un fenómeno curioso que en realidad cualquiera puede reproducir en casa con poco más que un par de imanes, pegamento y un taladro eléctrico: si conectaba un imán a un motor en una posición e inclinación determinadas, lo activaba y acercaba luego a otro imán, este último empezaría a rotar y se quedaría levitando a centímetros del primero.

Su hallazgo creó expectación. Y aunque Ucar aportó una explicación sobre las fuerzas de levitación, dejaba botando una pregunta crucial: el mecanismo que estabiliza  la rotación del segundo imán, el que queda suspendido.

Ahora ya podemos entenderlo. Y eso abre un enorme abanico de posibilidades.

Un hallazgo que arranca en 2021. Ese fue el año en que Ucar, por entonces trabajador de Göksal Aeronautics, en Turquía, compartió su descubrimiento y el estudio que le había dedicado. Como recuerdan en Physics Magazine, una revista de la Sociedad Estadounidense de Física (APS), Ucar conectó un imán a un motor de una forma determinada, atendiendo a la orientación de los ejes, y luego activó el rotor para que la pieza empezara a girar a aproximadamente 10.000 rpm.

Al acercar un segundo imán al primero descubrió que se ponía en movimiento, levitaba hacia arriba y se quedaba flotando en el espacio, a escasos centímetros. A diferencia de otros experimentos realizados antes, ese segundo imán, el "flotador", aceleraba con el movimiento del rotor y alcanzaba una velocidad considerable.

Demostraciones y tareas pendientes. Ucar constató además que el imán flotante quedaba "atrapado" incluso cuando el eje de rotación giraba hasta estar en posición horizontal. El estudio que publicó entonces, en 2021, mostraba diferentes pruebas y aportaba también una explicación de las fuerzas de levitación magnética, pero como recuerdan desde APS quedaba por aclarar una cuestión importante: el mecanismo que estabiliza el movimiento de rotación del imán "flotador".

La tarea es relevante, ya que como recuerda la asociación de físicos, la prueba mostraba un "nuevo tipo de levitación" con imanes. De ahí que el profesor Rasmus Bjørk y Joachim M. Hermansen, de la DTU Energy, en Dinamarca, quisieran ir un paso más allá de las aportaciones de Ucar y explicar cómo era posible el fenómeno de los imanes giratorios y levitantes. Sus conclusiones acaban de plasmarlas en un artículo publicado precisamente en 'Physicis Review Applied', de la APS.

Resolviendo algunas incógnitas. Su trabajo es interesante porque nos aporta nuevas sobre la levitación magnética y aclarar cómo es posible que un imán que gira rápidamente pueda suspender a otro en el aire. Tras investigar el fenómeno, Bjørk y Hermansen han concluido que se explica por ligeras inclinaciones en los ejes magnéticos de los imanes con respecto a sus ejes de rotación.

"Los imanes no deben flotar cuando están juntos. Normalmente se atraen o repelen. Pero resulta que si se hace girar uno se puede conseguir que flote. Y esa es la parte extraña. La fuerza que afecta a los imanes no debería cambiar por el mero hecho de girar uno de ellos, así que parece que hay un acoplamiento entre el movimiento y la fuerza magnética", comenta el profesor Bjørk.

Cuestión de sorpresas y lecciones. "Comprobaron que, cuando el imán flotante se fijaba en su posición, se orientaba cerca del eje de rotación y hacia el polo semejante del imán rotor. Así, por ejemplo, el polo norte del imán flotante, mientras giraba, permanecía orientado hacia el polo norte del imán fijo —señalan desde la DTU Energy—. Eso es diferente de lo que se esperaba basándose en las leyes de la magnetostática, que explican un sistema magnético estático".

La clave para entender la posición de equilibrio, fija y levitante en la que permanece el segundo imán, el conocido como "flotador", está en las interacciones magnetostáticas entre las piezas. "Resulta que el imán flotante quiere alinearse con el imán giratorio, pero no puede girar lo bastante rápido para hacerlo. Y mientras se mantenga este acoplamiento flotará o levitará", resume Bjørk, que recurre al ejemplo de una peonza de juguete: solo se mantiene en pie si está girando.

Un experimento de andar por casa. Durante su investigación Bjørk y sus compañeros realizaron diferentes experimentos, incluido uno en el que utilizaron imanes esféricos, software de seguimiento y demás material de laboratorio. Hubo sin embargo una primera prueba mucho más simple y "casera" en la que usaron imanes de neodimio, pegamento y herramientas que cualquiera puede encontrar en una tienda de electrónica. El resultado lo han captado en vídeo fascinante.

Pero… ¿Por qué es importante? El trabajo de los expertos de la DTU Energy no solo es importante por su dimensión teórica, ampliar nuestros conocimientos o completar los hallazgos aportados ya en 2021 por Hamdi Ucar. No. Como explican en Physics en el futuro podría dársele un enfoque práctico y aprovecharlo para desarrollar herramientas que nos permitan manipular objetos sin contacto.

"El sistema tiene aplicaciones potenciales en captura y manipulación magnética”, recoge la publicación de APS. A día de hoy ya hay brazos robóticos de agarre que no necesitan contacto y están basados en el campo magnético. Un sistema de imán giratorio podría simplificar el proceso y ofrecer una alternativa más eficiente.

Los usos que ya le damos. A la levitación magnética ya se le están sacando aplicaciones importantes, como los famosos trenes flotantes (maglev). También se usa en volantes de inercia o maquinaria de alta velocidad. Hasta ahora se conocían varias formas en las que se produce el fenómeno, como la estabilización magnética activa, suspensión electrodinámica o levitación estabilizadora por giro.

Sobre las futuras aplicaciones de su trabajo, Fraderick Laust Durhus, se muestra cauto de momento: "Otras posibilidades dependerán de hasta qué punto se pueda ampliar o reducir el fenómeno y de cuán bajo sea el costo de la energía". Para aclarar ese horizonte antes el fenómeno "requerirá más investigación".

Imágenes: Wikipedia (Peter nussbaumer) y DTU Energy

En Xataka: China le ha dado la vuelta (literalmente) al maglev, el tren hiperrápido de levitación magnética

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La noticia Hemos descubierto un nuevo tipo de levitación magnética. Y abre interesantes posibilidades para la la industria fue publicada originalmente en Xataka por Carlos Prego .

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