Proyecto de ciencia del tren maglev

Publicado el 8 septiembre, 2020

Introducción

Objetivo: Construye un modelo de tren Maglev
Años: Secundaria y superior
Preocupaciones de seguridad: El pegamento termofusible puede quemarte, ten cuidado al manipularlo. Además, los imanes de neodimio son muy fuertes; manténgalos alejados de la electrónica.
Hora: Dos horas

¿Alguna vez ha tomado un tren? La mayoría de los que lo hemos hecho estamos familiarizados con el ruido sordo del tren sobre las vías de metal. Los trenes suelen ser más rápidos que tomar un autobús, pero hay un límite en la velocidad a la que pueden ir, ya que la fricción entre las vías y el tren siempre disminuirá su velocidad.

¿Y si pudieras eliminar esa fricción? Eso es exactamente lo que hacen los trenes Maglev. ‘Maglev’ es la abreviatura de ‘levitación magnética’. Estos increíbles trenes usan imanes para permitir que el tren se mueva justo por encima de las vías, eliminando la fricción y permitiéndoles viajar a velocidades de hasta 375 millas por hora.


Un tren Maglev de alta velocidad en Shanghai
Tren de levitación magnética

Los trenes de levitación magnética utilizan imanes superconductores que se enfrían a temperaturas increíblemente bajas para producir campos magnéticos intensos que se utilizan para impulsar el tren hacia adelante y mantenerlo suspendido fuera de las vías. Para obtener más información sobre los superconductores, puede consultar esta lección: El uso de superconductores y la levitación magnética en el transporte.

Hoy, vamos a construir un modelo diminuto de un tren Maglev usando imanes de neodimio.

Materiales

  • Una pieza larga de cartón o madera contrachapada de aproximadamente 2 ‘de largo y 4’ ‘de ancho.
  • Dos piezas de plexiglás del mismo largo que su base, tan alto como su vagón de tren y aproximadamente 0.25 ” de grosor
  • Una pequeña caja de madera para tu tren, de 3 ” de ancho y aproximadamente 4 ” de largo.
  • Pegamento caliente
  • Pegamento para hacer artes manuales
  • 28 imanes de barra de neodimio de aproximadamente 2 ” de largo y 0,4 ” de ancho

Pasos

1. Primero use el pegamento para manualidades para unir los imanes de neodimio a las vías del tren. Mide 0.5 ” desde el borde del cartón y alinea tus imanes de barra en una fila, todos con el mismo poste hacia arriba. Debes utilizar unos 12 imanes por lado.

2. Repita el paso 2 para el otro lado de la pista.

¡¡Consejo de Seguridad!! Tenga cuidado al aplicar pegamento caliente. Puede quemar tu piel.

3. Luego, pegue las láminas de plexiglás a los lados de su base a solo unos centímetros de distancia de los imanes usando pegamento caliente. Casi deberían tocar las tiras magnéticas.

¡¡Consejo de Seguridad!! Los imanes de neodimio son extremadamente fuertes. Manténgalos alejados de la electrónica.

4. Luego, pegue dos imanes en cada borde largo del vagón del tren con pegamento para manualidades. Asegúrese de que el poste hacia arriba sea el mismo que el poste hacia arriba en la pista para que se repelan entre sí.


Diagrama de sección transversal de la construcción del tren maglev
construcción

5. ¡Ahora, coloque su vagón de tren en las vías y observe cómo levita!

Solución de problemas

Si su tren se vuelca, es posible que el plexiglás esté demasiado espaciado. Los imanes se repelerán entre sí con tal fuerza que volcarán el tren si el plexiglás no está allí para sostenerlo. De manera similar, si el plástico está demasiado alejado, el tren podría desplazarse hacia la derecha o hacia la izquierda, lo que provocaría que los imanes se atraigan en lugar de repeler.

Si sus imanes no están perfectamente alineados en la vía y el tren, su tren puede parecer que se atrae a las vías en lugar de repeler. Asegúrese de que estén alineados uno encima del otro.

Preguntas de discusión

¿Por qué flotaba el tren? ¿Qué fuerzas actuaban?

¿Qué más crees que necesitan los trenes de levitación magnética para avanzar?

Cómo funciona

Los trenes de levitación magnética funcionan debido a la fuerza del imán, la fuerza creada por los imanes. Para un repaso sobre la fuerza magnética, puede ver esta lección: Fuerza magnética: definición, polos y dipolos.

Todos los imanes tienen dos polos, un polo norte y un polo sur. Al igual que en las cargas, los polos iguales se repelen y los polos opuestos se atraen. Para obtener más información sobre los polos magnéticos, puede consultar esta lección: ¿Qué es un campo magnético?

Cuando construimos nuestro tren maglev, era importante que los postes iguales en las vías y el tren se enfrentaran. De esta manera, la fuerza empujaría el tren y las vías separándolos, no juntos. Esto permite que el tren levite. Si accidentalmente cambiaste la orientación y tuvieras postes iguales uno frente al otro en el tren y las vías, viste que se atraían y tu tren no iría a ninguna parte.

En los trenes de levitación magnética reales, también hay imanes a los lados del tren y a los lados de la vía. Estos polos norte y sur se alternan mirando hacia afuera. La interacción entre los polos opuestos del tren y la vía impulsa al tren hacia adelante.

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