La levitación (del latín levitas , lit. ' ligereza ' ) [1] es el proceso por el cual un objeto se mantiene en alto en una posición estable, sin apoyo mecánico a través de ningún contacto físico.
La levitación se logra al proporcionar una fuerza ascendente que contrarresta la atracción de la gravedad (en relación con la gravedad en la Tierra), más una fuerza estabilizadora más pequeña que empuja al objeto hacia una posición inicial siempre que se encuentre a una pequeña distancia de esa posición inicial. La fuerza puede ser una fuerza fundamental, como la magnética o la electrostática, o puede ser una fuerza reactiva, como la óptica, la de flotación, la aerodinámica o la hidrodinámica. [ cita requerida ] La levitación excluye la flotación en la superficie de un líquido porque el líquido proporciona un soporte mecánico directo. La levitación excluye el vuelo estacionario de insectos, colibríes, helicópteros, cohetes y globos porque el objeto proporciona su propia fuerza de contragravedad. [ cita requerida ]
La levitación (en la Tierra o en cualquier planetoide) requiere una fuerza ascendente que anule el peso del objeto, de modo que éste no caiga (acelere hacia abajo) ni se eleve (acelere hacia arriba). Para lograr la estabilidad posicional, cualquier pequeño desplazamiento del objeto que levita debe dar como resultado un pequeño cambio en la fuerza en la dirección opuesta. [ cita requerida ] Los pequeños cambios en la fuerza se pueden lograr mediante campos de gradiente o mediante regulación activa. Si el objeto se ve perturbado, puede oscilar alrededor de su posición final, pero su movimiento finalmente disminuye hasta cero debido a los efectos de amortiguación . (En un flujo turbulento, el objeto puede oscilar indefinidamente). [ cita requerida ]
Las técnicas de levitación son herramientas útiles en la investigación de la física. Por ejemplo, los métodos de levitación son útiles para los estudios de propiedades de fusión a alta temperatura porque eliminan el problema de la reacción con los recipientes y permiten un enfriamiento profundo de las masas fundidas. Las condiciones sin recipientes se pueden obtener oponiendo la gravedad con una fuerza de levitación en lugar de permitir que todo un experimento caiga libremente. [2]
La levitación magnética es la forma de levitación más utilizada y utilizada. Esta forma de levitación se produce cuando un objeto se suspende mediante campos magnéticos.
Los materiales diamagnéticos se utilizan comúnmente con fines de demostración. En este caso, la fuerza de retorno surge de la interacción con las corrientes de apantallamiento . Por ejemplo, una muestra superconductora , que puede considerarse un diaimán perfecto o un superconductor idealmente duro , levita fácilmente en un campo magnético externo ambiental. El superconductor se enfría con nitrógeno líquido para que levite sobre un imán y se vuelva superdiamagnético. En un campo magnético potente que utiliza levitación diamagnética , incluso pequeños animales vivos han sido levitados.
Es posible hacer levitar grafito pirolítico colocando cuadrados delgados del mismo sobre cuatro imanes cúbicos con los polos norte formando una diagonal y los polos sur formando la otra diagonal. [3] Los investigadores incluso han levitado con éxito gotas de líquido (no magnéticas) rodeadas de fluidos paramagnéticos. [4] El proceso de tal levitación magnética inversa generalmente se conoce como efecto Magneto-Arquímedes.
La levitación magnética se está desarrollando para su uso en sistemas de transporte. Por ejemplo, el Maglev incluye trenes que se mueven gracias a una gran cantidad de imanes. Debido a la falta de fricción en los rieles guía, son más rápidos, más silenciosos y más suaves que los sistemas de transporte público con ruedas.
La suspensión electrodinámica utiliza campos magnéticos de CA.
En la levitación electrostática se utiliza un campo eléctrico para contrarrestar la fuerza gravitacional. Algunas arañas lanzan seda al aire para aprovechar el campo eléctrico de la Tierra.
En la levitación aerodinámica, la levitación se logra haciendo flotar el objeto sobre una corriente de gas, ya sea producida por el objeto o actuando sobre él. Por ejemplo, una pelota de ping pong se puede levitar con la corriente de aire de una aspiradora configurada en "soplar", aprovechando el efecto Coandă que la mantiene estable en la corriente de aire. Con suficiente empuje, se pueden levitar objetos muy grandes utilizando este método.
Esta técnica permite la levitación de un objeto contra la fuerza gravitacional al flotar sobre una fina película de gas formada por el flujo de gas a través de una membrana porosa . Con esta técnica, los fundidos a alta temperatura se pueden mantener limpios de contaminación y se pueden sobreenfriar. [2] Un ejemplo común en el uso general incluye el hockey de aire , donde el disco se levanta mediante una fina capa de aire. Los aerodeslizadores también utilizan esta técnica, produciendo una gran región de aire a alta presión debajo de ellos.
La levitación acústica utiliza ondas sonoras para proporcionar una fuerza de levitación.
La levitación óptica es una técnica en la que un material se levita contra la fuerza de gravedad hacia abajo mediante una fuerza hacia arriba que surge de la transferencia de momento de fotones ( presión de radiación ).
Los gases a alta presión pueden tener una densidad superior a la de algunos sólidos, por lo que se pueden utilizar para hacer levitar objetos sólidos mediante flotabilidad . [5] Los gases nobles son los preferidos por su no reactividad. El xenón es el gas noble no radiactivo más denso, con 5,894 g/L. El xenón se ha utilizado para hacer levitar polietileno , a una presión de 154 atm.
Los científicos han descubierto una forma de hacer levitar objetos ultra pequeños manipulando la fuerza de Casimir , que normalmente hace que los objetos se adhieran entre sí debido a las fuerzas predichas por la teoría cuántica de campos . Sin embargo, esto solo es posible para objetos microscópicos. [6] [7]
La levitación magnética se utiliza para suspender trenes sin que toquen la vía. Esto permite alcanzar velocidades muy altas y reduce en gran medida los requisitos de mantenimiento de vías y vehículos, ya que se produce poco desgaste. Esto también significa que no hay fricción, por lo que la única fuerza que actúa en contra es la resistencia del aire.
Los científicos han hecho levitar ranas, [8] saltamontes y ratones mediante potentes electroimanes que utilizan superconductores, lo que produce una repulsión diamagnética del agua corporal. Los ratones actuaron confusos al principio, pero se adaptaron a la levitación después de aproximadamente cuatro horas, sin sufrir efectos nocivos inmediatos. [9] [10]
La definición del diccionario de levitación (física) en Wikcionario