Levitron

Para el que no lo conozca un levitrón, es un aparato, curiosidad científica o juguete, que consiste en una peonza suspendida en el aire girando sobre una base magnética.
1-QUÉ ES

El dispositivo denominado "Revolution" (que puede girar), es un juguete formado por un cuerpo alargado ("rotor") que parece flotar en el aire, casi sin contacto con la base sobre la que se encuentra (fotosiguiente).
2-PARA QUÉ SIRVE

Sirve para la motivación científico-tecnológica de niños y adolescentes, observando, discutiendo y comprendiendo el funcionamiento de un sistema curioso, que llama la atención por parecer estar suspendido en el aire sin parar de girar.

Sirve para discutir fenómenos físicos con estudiantes, como equilibrio, levitación magnética y fricción, e incluso movimiento de unsólido rígido, grados de libertad y efecto estroboscópico.

También se puede usar como un original adorno de escritorio.

3-DE QUÉ ESTÁ HECHO

Al explorar el rotor y la base, se percibe que ambas partes deben tener imanes en su interior. Con pequeños imanes con sus polos N y S marcados, se puede investigar cómo han sido colocados los imanes escondidos en el Revolution. En la foto siguiente seobserva la base con 4 imanes adheridos y al rotor con 2.
4-CÓMO FUNCIONA

Debido a su simetría de revolución, el rotor puede girar en torno al pivote, que es el único punto de contacto. Como hay poco roce, puede permanecer girando varios minutos sin frenarse apreciablemente. Finalmente se detendrá, habiendo disipado la energía de rotación que inicialmente se le haya dado, en la fricción delpivote con la pared y de la superficie rotante con el aire que le rodea.

Pero la simetría de revolución no es sólo mecánica, no está solo en la forma exterior visible ni solo en la distribución de masa en el interior del rotor. Hay dos partes más que hacen que exista esa simetría. Una está en el interior del rotor, y la otra en un arreglo en el interior de la base.

La fuerza estáticarepulsiva entre polos magnéticos del mismo tipo, permite el desarrollo de mecanismos donde un objeto puede ser levantado. Esto se denomina levitación magnética estática. Por eso el rotor y la base tienen conjuntos de imanes para compensar al peso del rotor. Pero además de levitar, el rotor puede girar porque también hay simetría de revolución desde el punto de vista magnético. Ambas cosas (levitación ylibertad para girar) se consiguen simultáneamente con una apropiada distribución de imanes en el rotor y en la base.

Para compensar el peso del rotor (fuerza vertical hacia abajo), la base tiene imanes con la misma secuencia de polos que el rotor. De este modo, como polos magnéticos del mismo tipo se repelen, se produce una fuerza vertical de levitación magnética que compensa al peso. Pero haymás ...

En principio, el rotor podría moverse lateralmente, hacia un lado u otro. Para que gire sin desplazarse hacia los lados, los imanes de la base están puestos de a pares, con la misma secuencia S-N a un lado y al otro. De este modo queda como un "pozo invisible" de energía potencial magnética. Cuando el rotor tienda a desplazarse hacia un lado, se debilita la repulsión con el imán de labase del que se aleja, y se incrementa la repulsión con el imán al que se acerca. Por lo tanto, aparece una fuerza neta restitutiva que "guía" al rotor manteniéndolo en el centro.

Ahora considérese el desplazamiento del rotor a lo largo de la base. Si no se utilizara la pared plástica, al colocar el rotor sobre la base, se observaría que no se puede lograr que flote en equilibrio en el aire,ya que el rotor se desplaza longitudinalmente hacia un extremo o hacia el otro extremo de la base. Mientras que en el sentido lateral hay un pozo que mantiene al rotor levitando en el centro, en el sentido longitudinal hay como dos "montañas", que desplazan al rotor hacia el extremo izquierdo o hacia el derecho, arrojándolo fuera de la base. Por lo tanto, el equilibrio se obtiene agregando una...