Levitón

Introducción
En este proyectó mostraremos como realizar un sorprendente levitón en el cual se demostrara la aplicación de leyes básicas de la física y como afecta a la gravedad el simple magnetismo pero lo más sorprendente es que la fuerza de la gravedad hará girar el levitón por sí mismo.
Mediante esta experiencia veremos cómo realizar una simple aplicación tecnológica de las leyes básicas de la física afirmando como podremos avanzar día a día en nuestra educación, valoremos que los materiales utilizados en este proyecto son de fácil obtención para todo tipo de personas.
Es en este proyecto observaremos como al calibrar mal el levitón este no funciona lo que reafirma toda la dedicación que hay que implicar al momento de realizarlo y por ende utilizamos tanto tiempo para crearlo, ayudándonos de las fuentes de internet en donde ha tenido un excelente éxito y ya sido realizado por muchas personas.


Objetivos
1.Demostrar que la fuerza magnética puede hacer girar el trompo.
2.Demostrar que mientras el trompo gira a la vez se puede hacer levitar.
3.Conseguir un proyecto que revoluciona la creación de tecnología en nuestro instituto.
4.Reafirmar lo útil y potente que resulta el uso de la fuerza magnética.
5.Poder crear un campo magnético en donde un cuerpo sufra de la ausencia de la fuerza de gravedad.
6.Poder recrear el novedoso levitón que se venden comercialmente pero de manera casera y un poco más creativa.


Marco teórico

Magnetismo, electricidad y relatividad especial
Campos y fuerzas magnéticas
El fenómeno del magnetismo es ejercido por un campo magnético, por ejemplo, una corriente eléctrica o un dipolo magnético crea un campo magnético, éste al girar imparte una fuerza magnética a otras partículas que están en el campo.
Para una aproximación excelente (pero ignorando algunos efectos cuánticos, véase electrodinámica cuántica) las ecuaciones de Maxwell (que simplifican la ley de Biot-Savart en el caso de corriente constante) describen el origen y el comportamiento de los campos que gobiernan esas fuerzas. Por lo tanto el magnetismo se observa siempre que partículas cargadas eléctricamente están en movimiento. Por ejemplo, del movimiento de electrones en una corriente eléctrica o en casos del movimiento orbital de los electrones alrededor del núcleo atómico. Estas también aparecen de un dipolo magnético intrínseco que aparece de los efectos cuánticos, p.e. del spin de la mecánica cuántica.
La misma situación que crea campos magnéticos (carga en movimiento en una corriente o en un átomo y dipolos magnéticos intrínsecos) son también situaciones en que el campo magnético causa sus efectos creando una fuerza. Cuando una partícula cargada se mueve a través de un campo magnético B, se ejerce una fuerza F dado por el producto cruz:

donde es la carga eléctrica de la partícula, es el vector velocidad de la partícula y es el campo magnético. Debido a que esto es un producto cruz, la fuerza es perpendicular al movimiento de la partícula y al campo magnético.
La fuerza magnética no realiza trabajo mecánico en la partícula, esto cambiaría la dirección del movimiento de ésta, pero esto no causa su aumento o disminución de la velocidad. La magnitud de la fuerza es : donde es el ángulo entre los vectores , y .
Una herramienta para determinar la dirección del vector velocidad de una carga en movimiento, es siguiendo la ley de la mano derecha (véase Regla de la mano derecha).
El físico alemán Heinrich Lenz formuló lo que ahora se denomina la ley de Lenz, ésta da una dirección de la fuerza electromotriz (fem) y la corriente resultante de una inducción electromagnética.
Dipolos magnéticos
Se puede ver una muy común fuente de campo magnético en la naturaleza, un dipolo. Éste tiene un "polo sur" y un "polo norte", sus nombres se deben a que antes se usaban los magnetos como brújulas, que interactuaban con el campo magnético terrestre para indicar el norte y el sur del globo.
Un campo magnético contiene energía y sistemas físicos que se estabilizan con configuraciones de menor energía. Por lo tanto, cuando se encuentra en un campo magnético, un dipolo magnético tiende a alinearse sólo con una polaridad diferente a la del campo, lo que cancela al campo lo máximo posible y disminuye la energía recolectada en el campo al mínimo. Por ejemplo, dos barras magnéticas idénticas pueden estar una a lado de otra normalmente alineadas de norte a sur, resultando en un campo magnético más pequeño y resiste cualquier intento de reorientar todos sus puntos en una misma dirección. La energía requerida para reorientarlos en esa configuración es entonces recolectada en el campo magnético resultante, que es el doble de la magnitud del campo de un magneto individual (esto es porque un magneto usado como brújula interactúa con el campo magnético terrestre para indicar Norte y Sur).
Una alternativa formulada, equivalente, que es fácil de aplicar pero ofrece una menor visión, es que un dipolo magnético en un campo magnético experimenta un momento de un par de fuerzas y una fuerza que pueda ser expresada en términos de un campo y de la magnitud del dipolo (p.e. sería el momento magnético dipolar). Para ver estas ecuaciones véase dipolo magnético.
Dipolos magnéticos atómicos
La causa física del magnetismo en los cuerpos, distinto a la corriente eléctrica, es por los dipolos atómicos magnéticos. Dipolos magnéticos o momentos magnéticos, en escala atómica, resultan de dos tipos diferentes del movimiento de electrones. El primero es el movimiento orbital del electrón sobre su núcleo atómico; este movimiento puede ser considerado como una corriente de bucles, resultando en el momento dipolar magnético del orbital. La segunda, más fuerte, fuente de momento electrónico magnético, es debido a las propiedades cuánticas llamadas momento de spin del dipolo magnético (aunque la teoría mecánica cuántica actual dice que los electrones no giran físicamente, ni orbitan el núcleo).
El momento magnético general de un átomo es la suma neta de todos los momentos magnéticos de los electrones individuales. Por la tendencia de los dipolos magnéticos a oponerse entre ellos se reduce la energía neta. En un átomo los momentos magnéticos opuestos de algunos pares de electrones se cancelan entre ellos, ambos en un movimiento orbital y en momentos magnéticos de espín. Así, en el caso de un átomo con orbitales electrónicos o suborbitales electrónicos completamente llenos, el momento magnético normalmente se cancela completamente y solo los átomos con orbitales electrónicos semi llenos tienen un momento magnético. Su fuerza depende del número de electrones impares.


Desarrollo del proyecto

El Levitón en sí consiste en una base y en un extremo superior alargado. La base y el extremo son dos imanes, pero colocados de forma tal que los dos polos iguales (por ejemplo, el norte de la base y el norte del extremo) quedan enfrentados. El ajuste de estos imanes en el proceso de fabricación debe hacerse de forma muy cuidadosa.
Surgen cuatro fuerzas magnéticas en el extremo: dos de atracción y dos de repulsión con respecto a los polos del imán de la base. Sin embargo, la dependencia con la distancia de la fuerza magnética hace que, tal y como están colocados los imanes, en conjunto, la resultante se oponga a la fuerza gravitatoria y, así, el extremo levita sobre la base.


El campo magnético de la base crea un momento que tiende a volcar el imán del extremo hacia abajo. Para evitar que esto ocurra, el Levitón ha de estar describiendo un movimiento de rotación, ya que, en este caso el momento actúa de forma giroscópica y el eje del sistema no vuelca, manteniéndose más o menos en la misma dirección que el campo magnético.
Este movimiento de rotación es similar al movimiento de precesión de una peonza. El eje es casi vertical en un principio, pero según va disminuyendo la velocidad de giro, una leve oscilación aparece en este eje.

El principio de funcionamiento es similar al de un trompo. Es casi imposible conseguir que un trompo quede en equilibrio por la punta y no caiga. Sin embargo, mientras está girando el equilibrio se mantiene. Al disminuir la velocidad, el trompo empieza a cabecear, hasta que, finalmente, cae. Exactamente igual que ocurre con el Levitón.


Idealmente, el Levitón levita de forma indefinida. Sin embargo, debido a la resistencia que opone el aire, la energía de rotación se va disipando y, después de unos minutos e funcionamiento, cuando la velocidad angular baja de los 18 rpm (mínimo de estabilidad) el sistema cae.


Conclusión.

En este proyecto aprendimos a realizar de manera creativa un novedoso levitón y además aprendimos de una manera muy sencilla a manejar un pequeño campo magnético lo cual es muy utilizado por los últimos prototipos en materia de evitar armas.

Pudimos demostrar que no es imposible alcanzar las metas cuando se propone puesto de que en este proyecto es muy difícil calibrar el levitón pero después de un buen tiempo se logra.

Se observa que las leyes de la física son básicas pero se cumplen para todas las situaciones lo cual nos ayudo demasiado al momento de realizar nuestro proyecto lo cual también pensamos que es lo que ayuda en todos los avances tecnológicos de nuestra época.


Bibliografía
http://es.wikipedia.org/wiki/Magnetismo
http://web.educastur.princast.es/proyectos/fisquiweb/Videos/Levitron/Index.htm

Integrantes:
Tatiana Turizo
Andres Menco
Elimeleth Rodelo
Dayana Vergel
Rafael Schmalbach