Levitação é a superação da gravidade, em que o sujeito ou objeto está no espaço sem apoio. A palavra "levitação" vem do latim Levitas, que significa "leveza".
Levitação é um erro de equiparar ao voo, porque este último é baseado na resistência do ar, razão pela qual pássaros, insetos e outros animais voam e não levitam.
Levitação na física
Levitação na física refere-se à posição estável de um corpo em um campo gravitacional, enquanto o corpo não deve tocar outros objetos. Levitação implica algumas condições necessárias e difíceis:
- Uma força que pode compensar a atração gravitacional e a força da gravidade.
- A força que pode garantir a estabilidade do corpo no espaço.
Da lei de Gauss segue que em um campo magnético estático, corpos ou objetos estáticos não são capazes de levitação. No entanto, se você alterar as condições, poderá atingir a levitação.
Levitação Quântica
O público em geral tomou conhecimento da levitação quântica em março de 1991, quando uma foto interessante foi publicada na revista científica Nature. Mostrava o diretor do Laboratório de Pesquisa de Supercondutividade de Tóquio, Don Tapscott, de pé sobre uma placa supercondutora de cerâmica, e não havia nada entre o chão e a placa. A foto acabou sendo real, e a placa, que, junto com o diretor em cima dela, pesava cerca de 120 quilos, podia levitar acima do chão graças a um efeito de supercondutividade conhecido como efeito Meissner-Ochsenfeld.
Levitação diamagnética
Este é o nome do tipo de ser suspenso no campo magnético de um corpo contendo água, que é um diamagneto, ou seja, um material cujos átomos são capazes de serem magnetizados contra a direção da corrente eletromagnética principal. campo.
No processo de levitação diamagnética, o papel principal é desempenhado pelas propriedades diamagnéticas dos condutores, cujos átomos, sob a ação de um campo magnético externo, alteram ligeiramente os parâmetros do movimento dos elétrons em suas moléculas, que leva ao aparecimento de um campo magnético fraco em direção oposta ao principal. O efeito deste campo eletromagnético fraco é suficiente para vencer a gravidade.
Para demonstrar a levitação diamagnética, os cientistas repetidamente conduziram experimentos em pequenos animais.
Este tipo de levitação foi usado em experimentos com objetos vivos. Durante os experimentos emum campo magnético externo com uma indução de cerca de 17 Tesla, um estado suspenso (levitação) de sapos e camundongos foi alcançado.
De acordo com a terceira lei de Newton, as propriedades dos diamagnetos podem ser usadas vice-versa, ou seja, para levitar um ímã no campo de um diamagneto ou para estabilizá-lo em um campo eletromagnético.
A levitação diamagnética é de natureza idêntica à levitação quântica. Ou seja, como na ação do efeito Meissner, há um deslocamento absoluto do campo magnético do material do condutor. A única pequena diferença é que para atingir a levitação diamagnética é necessário um campo eletromagnético muito mais forte, no entanto, não é necessário resfriar os condutores para atingir sua supercondutividade, como é o caso da levitação quântica.
Em casa, você pode até montar vários experimentos sobre levitação diamagnética, por exemplo, se você tiver duas placas de bismuto (que é um diamagneto), você pode montar um imã de baixa indução, cerca de 1 T, em estado suspenso. Além disso, em um campo eletromagnético com uma indução de 11 Tesla, você pode estabilizar um pequeno ímã em estado suspenso ajustando sua posição com os dedos, sem tocar no ímã.
Os diamagnetos de ocorrência frequente são quase todos gases inertes, fósforo, nitrogênio, silício, hidrogênio, prata, ouro, cobre e zinco. Até mesmo o corpo humano é diamagnético no campo magnético eletromagnético correto.
Levitação magnética
A levitação magnética é um método eficazum método de levantar um objeto usando um campo magnético. Neste caso, a pressão magnética é usada para compensar a gravidade e a queda livre.
De acordo com o teorema de Earnshaw, é impossível manter um objeto em um campo gravitacional de forma constante. Ou seja, a levitação sob tais condições é impossível, mas se levarmos em conta os mecanismos de ação dos diamagnetos, correntes parasitas e supercondutores, a levitação efetiva pode ser alcançada.
Se a levitação magnética fornece sustentação com suporte mecânico, esse fenômeno é chamado de pseudo-levitação.
Efeito Meissner
O efeito Meissner é o processo de deslocamento absoluto do campo magnético de todo o volume do condutor. Isso geralmente ocorre durante a transição do condutor para o estado supercondutor. É isso que os supercondutores diferem dos ideais - apesar de ambos não terem resistência, a indução magnética dos condutores ideais permanece in alterada.
Pela primeira vez este fenômeno foi observado e descrito em 1933 por dois físicos alemães - Meissner e Oksenfeld. É por isso que a levitação quântica às vezes é chamada de efeito Meissner-Ochsenfeld.
Das leis gerais do campo eletromagnético, segue-se que na ausência de um campo magnético no volume de um condutor, apenas uma corrente de superfície está presente nele, que ocupa espaço próximo à superfície do supercondutor. Sob essas condições, um supercondutor se comporta da mesma forma que um diamagneto, embora não seja um.
O efeito Meissner é dividido em total e parcial, emdependendo da qualidade dos supercondutores. O efeito Meissner completo é observado quando o campo magnético é completamente deslocado.
Supercondutores de alta temperatura
Existem poucos supercondutores puros na natureza. A maioria de seus materiais supercondutores são ligas, que na maioria das vezes exibem apenas um efeito Meissner parcial.
Em supercondutores, é a capacidade de deslocar completamente o campo magnético de seu volume que separa os materiais em supercondutores do primeiro e segundo tipos. Os supercondutores do primeiro tipo são substâncias puras, como mercúrio, chumbo e estanho, capazes de demonstrar o efeito Meissner completo mesmo em campos magnéticos elevados. Os supercondutores do segundo tipo são na maioria das vezes ligas, bem como cerâmicas ou alguns compostos orgânicos, que, sob condições de um campo magnético com alta indução, são capazes de deslocar apenas parcialmente o campo magnético de seu volume. No entanto, sob condições de força de campo magnético muito baixa, quase todos os supercondutores, incluindo o tipo II, são capazes de produzir o efeito Meissner completo.
Várias centenas de ligas, compostos e vários materiais puros são conhecidos por terem as características de supercondutividade quântica.
Mohammed's Coffin Experience
"O caixão de Maomé" é uma espécie de truque com levitação. Este foi o nome do experimento que demonstrou claramente o efeito.
Segundo a lenda muçulmana, o caixão do profeta Maomé estava no ar no limbo, sem nenhum suporte e sustentação. Exatamentedaí o nome da experiência.
Explicação científica da experiência
A supercondutividade só pode ser alcançada em temperaturas muito baixas, então o supercondutor deve ser resfriado com antecedência, por exemplo, com gases de alta temperatura, como hélio líquido ou nitrogênio líquido.
Em seguida, um ímã é colocado na superfície de um supercondutor resfriado plano. Mesmo em campos com uma indução magnética mínima não superior a 0,001 Tesla, o ímã se eleva acima da superfície do supercondutor em cerca de 7-8 milímetros. Se você aumentar gradualmente a força do campo magnético, a distância entre a superfície do supercondutor e o ímã aumentará cada vez mais.
O ímã continuará a levitar até que as condições externas mudem e o supercondutor perca suas características supercondutoras.
