rampa de lançamento

Gilles Charles trabalha na Universidade de Orléans e publica muitas das suas experiências com os nossos ímanes no YouTube. Aqui, por exemplo, apresenta uma rampa de lançamento engenhosa para berlindes ...

O nosso dispositivo consiste numa calha, por exemplo de alumínio, com ímanes montados nela.

O ponto mais importante é a posição dos ímanes: estes devem ser dispostos de forma que, em cada lado da calha, os polos estejam orientados de maneira idêntica, ou seja, por exemplo, do lado esquerdo todos mostram o seu polo sul e do lado direito o polo norte.

No experimento mostrado no vídeo, são utilizados pequenos ímanes em cubo do tipo W-05-G, mas também se podem usar discos. Partindo do princípio de que estes discos são magnetizados axialmente, devem então ser colocados na vertical, como pequenas rodas. A distância entre os ímanes não é muito relevante, mas para obter uma boa aceleração, devem estar suficientemente próximos uns dos outros. Dependendo da força dos ímanes, esta distância pode variar; no nosso experimento, estão colocados a cerca de 5 mm de distância.

No final da rampa, em cada lado são colocados dois ímanes empilhados em vez de apenas um. Isto cria uma armadilha magnética: um campo magnético mais forte que faz parar a esfera.

O íman em esfera é agora colocado a cerca de 2 cm do início da rampa. Não é necessário pôr a esfera a rolar, pois os campos magnéticos dos ímanes distribuídos ao longo da rampa puxam a esfera na direção do final da rampa. O forte campo magnético da armadilha no final da rampa pára a esfera.

A esfera de vidro é colocada na rampa pouco antes do íman final, de modo que o íman em esfera a atinja à velocidade máxima. Enquanto o íman em esfera é travado pela "armadilha magnética", a esfera de vidro é lançada.

Explicação:

Uma esfera que rola para dentro de uma cavidade é atraída para o ponto mais profundo desta. A cavidade é também chamada de "poço de potencial". Podemos utilizar este conceito também para explicar a rampa de lançamento magnética.

Para tal, consideramos inicialmente uma rampa simplificada com apenas um par de ímanes. Este par de ímanes, juntamente com as paredes do canal que guiam a esfera, forma um poço de potencial. A esfera é atraída para o "ponto mais baixo" desse poço. Este ponto situa-se entre os dois ímanes da rampa. Se deixarmos a esfera rolar para esta "depressão", ela irá oscilar de um lado para o outro até que (devido a perdas por atrito e a uma emissão muito reduzida de energia eletromagnética) acabe por parar no centro.

Se, em vez de dois ímanes em cubo, utilizarmos duas barras magnéticas longas com polarização transversal, teremos, consequentemente, um poço de potencial alongado.

Também se pode imaginar que o longo par de ímanes seja serrado em pares curtos e empurrado uns contra os outros sem intervalos (no sentido longitudinal). Isto não altera nada em relação às barras não serradas. No entanto, se agora afastarmos os pares de ímanes serrados no sentido longitudinal, estes formam, juntamente com o canal, ainda uma depressão potencial simétrica, mas os intervalos entre os pares de ímanes tornam-na ondulada. Se os intervalos entre estas ondas (os intervalos entre os pares de ímanes) não forem demasiado grandes, a esfera também rolará para a frente e para trás até parar.

Na rampa de lançamento, esta simetria deixa de existir.

Devido aos "ímanes de paragem" no final da rampa, todo o poço potencial é deformado de forma assimétrica. O ponto mais baixo do poço encontra-se agora entre os ímanes de paragem. A esfera cai para esse ponto, ou seja, oscila na "depressão final" para a frente e para trás, até que a sua energia cinética seja transformada em calor devido ao atrito. Esta oscilação pode ser ouvida claramente no vídeo como um zumbido.