Proyecto de feria de ciencias del acelerador lineal magnético

Introducción

Imagínese subirse a una montaña rusa. ¡Es uno de los más rápidos del parque y te acelera hasta 100 millas por hora! Un poco nervioso, miras a tu alrededor y notas que no hay una colina enorme frente a ti. ¿Cómo conseguirás el impulso para alcanzar velocidades tan grandes si empiezas desde una superficie plana? La respuesta es un acelerador lineal magnético .

Los aceleradores lineales magnéticos se basan en la fuerza de los campos magnéticos opuestos para impulsar objetos hacia adelante a grandes velocidades. En el caso de este tipo de montaña rusa, los imanes en el suelo y en el exterior de los coches se repelen entre sí, lo que hace que los coches se acerquen por la pista. Para una revisión sobre la fuerza magnética antes de comenzar, puede consultar esta lección: Fuerza magnética: definición, polos y dipolos. En lugar de utilizar la energía potencial gravitacional almacenada en la altura de la primera colina, estas montañas rusas utilizan la fuerza generada por los imanes como fuente de energía cinética.

Hoy, vamos a construir un modelo de acelerador lineal magnético que lanzará una pequeña bola de acero de manera similar a como se lanzan las montañas rusas alrededor de una pista con esta tecnología.

Materiales

• Regla de madera con una ranura en el centro.
• Cinta
• 9 bolas de acero de aproximadamente 5/8 ” de diámetro
• 4 imanes de neodimio que encajan en la regla, aproximadamente una pulgada cuadrada
• Gafas protectoras
• Cuchillo de precisión

Pasos

¡¡Consejo de Seguridad!! Mantenga los imanes de neodimio alejados de los dispositivos electrónicos y tenga cuidado al manipular un cuchillo de precisión.

1. Coloque un imán a aproximadamente 2,5 ” del extremo de la regla directamente sobre la ranura del centro. Péguelo en su lugar y recorte cualquier exceso de cinta de los bordes con el cuchillo de precisión.

2. Repita el paso 1 con los siguientes tres imanes, colocando cada uno a 2,5 ” del imán anterior.

3. Ahora, coloque dos bolas en el interior de cada imán en la ranura de la regla.

Configuración del acelerador lineal magnético

4. Póngase las gafas de seguridad.

¡¡Consejo de Seguridad!! Tenga cuidado al lanzar proyectiles. Apunte siempre los proyectiles en un área abierta lejos de personas, mascotas y objetos frágiles.

5. Coloque la última bola de acero en la ranura de la regla antes del primer imán y manténgala en su lugar al final de la regla.

6. Cuando esté listo para lanzar, suelte la primera bola.

Solución de problemas

Asegúrese de haber medido la distancia correcta entre sus imanes. Si los imanes están demasiado cerca o demasiado lejos, habrá cambios en la fuerza magnética que pueden afectar el movimiento de las bolas.

Preguntas de discusión

¿Por qué las bolas se dispararon hacia adelante cuando lanzó la que estaba sosteniendo?

¿Cómo crees que afectaría el experimento agregar más bolas o imanes?

¿De dónde vino la energía necesaria para lanzar las bolas?

Cómo funciona

Los aceleradores lineales magnéticos se basan en la fuerza magnética para crear movimiento. Cuando empujaste la primera bola hacia el comienzo de la regla, usaste energía potencial para mantenerla allí. Cuando soltó la bola, su atracción por el imán hizo que se acercara y la energía potencial se transfirió a energía cinética o energía de movimiento. Para una revisión de la energía potencial y cinética, puede consultar esta lección: Energía cinética a energía potencial: Relación en diferentes tipos de energía.

La energía se transfirió a través del imán a la primera bola. Pero, la primera bola se mantiene cerca del imán debido a la fuerza magnética y solo se mueve ligeramente. Sin embargo, la segunda bola está más lejos del imán, por lo que la energía cinética es suficiente para vencer la fuerza magnética y permitir que se mueva.

A medida que se aleja, eventualmente entra en el campo magnético del segundo imán, que tira de la bola hacia sí misma con una velocidad aún mayor que la del primer imán. Para obtener más información sobre los campos magnéticos y cómo afectan el movimiento, puede ver esta lección: ¿Qué es un campo magnético?

Este proceso se repite para cada uno de los imanes de nuestro acelerador lineal hasta que llega a la bola al final. Como no hay más imanes que bloqueen su camino, la bola sale disparada de la regla. Agregar más imanes, o imanes más grandes, aumenta la cantidad de fuerza magnética y, por lo tanto, hace que las bolas se aceleren más rápido.