Amortiguación del Movimiento del Imán Levitando

Un pequeño imán de tierras raras, está suspendido encima de un superconductor basado en itrio, donde el campo magnético está activamente excluido del superconductor (efecto Meissner). El pequeño imán puede ser impulsado a girar, tocándolo con un pequeño instrumento tal como las puntas de unas pinzas. A pesar de que el imán está continuamente suspendido, este movimiento de rotación se amortigua. La rotación se desacelerará y pasará a un modo de balanceo y, finalmente, llega a reposo.

El imán se suspende sobre el superconductor por inmersión del disco superconductor en nitrógeno líquido (77ºK). Las corrientes inducidas en el superconductor reflejan los polos del imán, y se ajustan tan rápidamente, que el imán puede desplazarse o girar, y permanecer suspendido.

Se investigó la amortiguación del movimiento oscilatorio del imán levitando, tomando el movimiento con un vídeo digital y convirtiéndolo a una película QuickTime. Las mediciones de la película QuickTime se realizaron a intervalos de 1/30 seg con VideoPoint. Los datos fueron transferidos a una hoja de cálculo Excel para hacer el gráfico. Por una primera aproximación, el movimiento puede ser modelado como una onda sinusoidal amortiguada:

El análisis de la amortiguación en la ilustración anterior, muestra un coeficiente de amortiguamiento de 0,247. Este número se obtuvo haciendo un ajuste de mínimos cuadrados de los picos de la oscilación amortiguada. Un examen más detallado, revela que el período del movimiento amortiguado, está cambiando como se ilustra abajo.

El período del movimiento amortiguado disminuye claramente con el tiempo, va desde alrededor de 0,68 a 0,55 segundos en aproximadamente 3 segundos. Los datos representados en la izquierda se basaban en las medidas de pico y no se hizo ninguna extrapolación, por lo que los datos no están refinados. Si las oscilaciones en el período se considera que son productos del artefacto de medición, la disminución en el mismo parece ser casi lineal con el tiempo.

Este experimento plantea una serie de preguntas interesantes. En primer lugar, "¿Cuál es el origen de la amortiguación?" y luego "Por qué cambia con el tiempo el período de oscilación?". El imán se suspendió sobre el disco negro superconductor basado en itrio sin otros metales circundantes, por lo que si la amortiguación es por corrientes parásitas, estas corrientes deben estar en el propio imán. Las corrientes en el propio superconductor no debe representar ninguna pérdida de energía. Si la frecuencia de oscilación fuera dependiente únicamente de la masa y el tamaño del imán, entonces no se debería observar ningún cambio en el período con la amplitud. La no linealidad en las fuerzas de restauración que causan las oscilaciones, sugiere que ellas también son dependientes de las corrientes de Foucault en el imán. Serán bienvenidas las sugerencias sobre la modelización de la amortiguación y el cambio del periodo.