7/24/2019 Levitron - Feira de Cincias ..
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Levitron(Levitao por rotao)
Prof. Luiz Ferraz [email protected]
Dentro do tema 'Levitao magntica', vamos descrever um curioso
dispositivo, registrado sob o nome"Levitron", que comercializado
como 'brinquedo'.
O Levitron comporta duas partes distintas: uma base (que
colocadasobre a mesa de trabalhos) e um pio com eixo alongado. A
base e opio so essencialmente dois ms, porm, colocados de tal forma
que osplos de mesmo nome se defrontam (por exemplo, o PN da base e
o PNdo pio). O ajuste desses ms, durante o processo de fabricao,
deve
ser feito de modo bastante cuidadoso.
Surgem, como era de se esperar, quatro forasmagnticas sobre os
plos magnticos do pio,duas de repulso e duas de atrao, comrespeito
aos plos dos ms da base e uma foragravitacional (seu peso), com
respeito Terra.A dependncia com a distncia dessas forasmagnticas
fazem com que (devido ao modocomo os ms so dispostos) a resultante
delasse oponha fora gravitacional e, assim, o pio
levita sobre a base.
Entretanto, qualquer que seja a mnima inclinao em relao vertical
(e isso impossvel de evitar),tais pares de foras magnticas criam
momentos (binrios, torques) que tendem a tombar o pio,levando-o
para baixo. impossvel mant-lo levitando 'estaticamente'.
Para evitar que isso ocorra o pio deve estar descrevendo
ummovimento de rotao, j que, nessa condio, o momento atua deforma
giroscpica e o eixo do pio no tomba, mantendo-se mais oumenos na
mesma direo que aquela do campo magntico resultante.O momento de
rotao equivalente ao movimento de precesso deum pio comum. O eixo ,
em princpio, quase vertical, pormconforme a velocidade angular vai
diminuindo, um leve oscilaoaparece nesse eixo.
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Com efeito, o princpio de funcionamento similar ao de um pio
comum. quase impossvel que umpio comum, sem girar, fique
equilibrado sobre sua ponta metlica e no caia. Entretanto, enquanto
estgirando, o equilbrio se mantm. Ao diminuir a velocidade esse pio
comum comea 'a balanar a cabea'at que, finalmente, cai. Exatamente
isso o que ocorre com o Levitron.
O aspecto da estabilidade muito delicado no Levitron.
Definitivamente, o sistema apenas funcionadentro de limitada faixa
de alturas, algo entre 3 e 4 cm contados desde o centro da base. A
altura finalpara o equilbrio depende principalmente do peso do pio
e das foras de campo devidas base.
Existem outros fatores, como a temperatura (que afeta a
magnetizao dos ms) que podem alterar aestabilidade de equilbrio.
Relativamente freqncia de rotao, a faixa estvel encontra-se entre
20 e26 Hz (rps), ficando completamente instvel abaixo dos 18 Hz e
acima dos 30 Hz.
Tanto os ms como o prprio pio so feitos com material cermico.
Sefossem metlicos, com o movimento de rotao, surgiriam
correnteseltricas de induo (correntes de Foucault) as quais, devido
resistncia hmica dos materiais, dissipariam a energia cintica
derotao. Com materiais cermicos, que so isolantes eltricos,
evita-seo aparecimento de tais correntes parasitas.Idealmente, o
Levitron levitaria indefinidamente. Entretanto, devido resistncia
viscosa do ar, a energia cintica de rotao vai
progressivamente dissipando e, aps alguns minutos de
funcionamento,quando a freqncia de rotao cai abaixo dos 18 Hz (18
rotaes porsegundo --- mnimo de estabilidade) o pio cai.
Meu Levitron, da marca Boeing foi presente de um amigo residente
no Canad e antigo listeiro doCiencia-List. Eis duas fotos em
oportunidade que brinco com o aparelho e um link para pequeno
filmedessa proeza :
Dispondo-se o sistema em uma cmara de vcuo o intervalo de tempo
de funcionamento pode se elevar
aos 30 minutos. Por outro lado, pode-se aproveitar do prprio ar
para compensar a perda de velocidadeangular, e com isso o tempo de
funcionamento. Isso se consegue atravs de um adequado jato de
ardirigido tangencialmente ao pio que levita, de forma a manter a
freqncia de rotao dentro da faixa deestabilidade. Dessa forma, se
pode (e j estou ciente de que isso foi conseguido) manter um
Levitronfuncionando durante dias.H outros processos que permitem
uma levitao magntica apresento um deles, bem didtico, usandodas
correntes de Foucault, em:
http://www.feiradeciencias.com.br/sala13/13_04.asp.
Como se constata, no h muito 'segredo' nas levitaes magnticas
... desde que usemos dos modelosbsicos da Cincia. Agora, quando voc
observar algum fazendo realmente algo levitar (no com osbelos
truques de mgicos circenses, os quais admiro com respeito) j saber
onde est a 'parte cientfica'da coisa. Mas, o que gostaria mesmo de
ver, um mstico fazendo com que um pio comum levite
usando seus 'extraordinrios poderes ocultos'. Contatem-me,
quando algum se dispuser a fazer isso!
http://www.feiradeciencias.com.br/sala13/13_04.asphttp://www.feiradeciencias.com.br/sala13/image13/leovitron.WMV
