Levitatia – 7 modalitati prin care devine posibila

De când se ştie, omul a visat să se desprindă de pământ. Câtă admiraţie şi invidie trebuie să fi fost pe păsări atâtea mii de ani!

Dacă nu a putut să-şi crească aripi, şi-a folosit atuul său numărul 1: gândirea. La început a zburat doar în gând. Până când visul său s-a materializat în mijloace de zbor.

Chiar dacă există diferite modele, autovehiculele nu diferă prea mult în principiu. La fel şi bicicletele sau motocicletele. Însă când vine vorba de zburat, diversitatea este extraordinară: avioane şi elicoptere, deltaplane şi parapante, rachete şi drone, baloane şi rucsacuri zburătoare, multe altele. Omul a zburat chiar şi în spaţiu, unde nicio pasăre nu poate ajunge!

Cu toate acestea, există ceva mai fascinant decât zborul: levitaţia. Această anulare a gravitaţiei, care uneori face ca anumite lucruri să se ridice în aer doar puţin, pare un soi de magie.

Este oare levitaţia cu adevărat posibilă sau sunt doar trucuri? Hai să vedem!

Ce este de fapt, levitaţia?

Să începem prin a spune ce nu este levitaţia:

  • Zborul nu este levitaţie, pentru că se realizează prin ceva specific aparatului de zbor (motoare etc) şi/sau este dependent de anumite condiţii naturale de mediu care nu pot fi controlate (curenţi de aer etc).
  • Un obiect aruncat în sus sau cineva care sare, nu levitează, dat fiind că nu există o anumită stabilitate atâta timp cât sunt în aer.
  • Mersul pe apă al lui Iisus nu poate fi considerat levitaţie, deoarece contactul cu un lichid implică o susţinere vizibilă din partea acestuia, chiar dacă nu suficientă în sine. Despre ambarcaţiuni nici nu se pune problema.
  • Plutirea unui obiect prin spaţiul cosmic nu este levitaţie, fiindcă acolo nu există gravitaţie.

Atunci, ce este levitaţia? Răspunsul nu este chiar simplu.

Dacă o luăm cronologic, iniţial levitaţia ţinea de paranormal. Este presupusa capacitate a unor fiinţe de a se ridica în aer, fără mijloace de susţinere fizică, şi de a rămâne astfel o perioadă de timp, într-o poziţie pe care o controlează.

Referiri la practicarea levitaţiei se regăsesc de milenii în majoritatea religiilor. Cei despre care se crede că au avut această capacitate sunt consideraţi fie maeştri/sfinţi, fie demoni/posedaţi.

În prezent, nu a reuşit nimeni să-şi dovedească în faţa unor specialişti, fără nicio îndoială, abilitatea de a levita. Iluzioniştii au relevat multe trucuri de aparentă levitaţie şi au inventat unele noi. Sunt impresionante chiar şi ca divertisment.

Oricum, levitaţia există cu adevărat. Şi nu doar într-un fel, ci în mai multe. O serie de fenomene fizice au acest efect.

Ştiinţific vorbind, levitaţia este definită ca fiind procesul prin care un lucru se ridică în aer (de obicei, foarte puţin), fără susţinere mecanică, într-un mod controlat.

1.Levitaţia magnetică

Dacă te-ai jucat cu magneţi, ştii că au doi poli. Când doi magneţi sunt apropiaţi, dacă sunt orientaţi cu polii opuşi unul spre celălalt, se atrag şi fac „lipeala”. Dar dacă sunt orientaţi cu polii similari în opoziţie, devine dificil să îi apropii şi se vor opune din toate puterile să se atingă pe acea parte. Sunt mai îndărătnici ca un catâr când vine vorba să o facă!

Pe asta se bazează levitaţia magnetică, cea mai cunoscută formă de levitaţie. Mai scurt, este denumită şi maglev.

Aparent este simplu: pui doi magneţi pe verticală, cu polii similari în sensuri opuse, pentru a se respinge. Deja îţi imaginezi cum cel de sus pluteşte în aer deasupra celui de jos. Dar ai încercat vreodată? Realitatea este că, în această variantă simplistă, magnetul de sus se va dezechilibra, în rotire polii îşi schimbă orientarea şi când rotirea a depăşit 90 de grade, opoziţia devine atracţie… Pac, s-au lipit!

Matematicianul britanic Samuel Earnshaw a demonstrat în 1842 că este imposibil să pui doi magneţi astfel în echilibru 1)Permanent Magnet and Electromechanical Devices: Materials, Analysis, and Applications” de Edward P. Furlani, carte publicată de Academic Press în 2001. (Asta nu o să te oprească să încerci, dacă ai doi magneţi la îndemână.)

Sigur, poţi face tot felul de trucuri ca să previi răsucirea magnetului de sus. De exemplu, poţi să-l pui într-un tub suficient de îngust (transparent, ca să şi vezi ce se întâmplă în interior). Numai că aceasta nu este levitaţie, deoarece corpul are sprijin din lateral. Când sistemul asigură doar ridicarea, nu şi stabilitatea, se numeşte că am obţinut pseudo-levitaţie.

Noroc că unii nu renunţă aşa uşor. Fizicianul german Werner Braunbeck s-a jucat şi el cu magneţi până când a descoperit că există câmpuri magnetice care nu respectă Teorema lui Earnshaw. Ce lipsă de respect minunată! Într-un astfel de câmp magnetic, un corp poate levita.

Poţi obţine destul de uşor un astfel de câmp magnetic folosind cel puţin 4 magneţi, de obicei cubici, aşezaţi într-o anumită poziţie. Corpul care levitează trebuie să fie dintr-un material diamagnetic.

Diamagnetismul este proprietatea unei substanţe de a forma un câmp magnetic care se opune altui câmp magnetic, aplicat din exterior. Asta se întâmplă deoarece câmpul magnetic exterior tulbură rotaţia electronilor în jurul nucleului fiecărui atom. Tot aşa cum faci şi tu când cineva încearcă să te scoată din ale tale, electronii se opun. Şi uite aşa fiecare atom devine un magnet – unul extrem de mic 2)Introduction to the Electron Theory of Metals” de Uichiro Mizutani, carte publicată de Cambridge University Press în 20013)Diamagnetism” în Encyclopædia Britannica. Mici, dar mulţi!

Toate substanţele au un anumit grad de diamagnetism, dar numai cele cu o permeabilitate magnetică relativă mai mică decât 1 sunt numite diamagnetice 4)Engineering Electromagnetics” de Nathan Ida, carte publicată de Springer în 2015. (Crede-mă, nu vrei să-ţi explic mai detaliat de atât.)

Materialele diamagnetice sunt cât se poate de uzuale. Simplu spus, sunt cele de care nu se lipesc magneţii: lemnul, apa, plasticul, cuprul etc. Dar pentru ca experimentul cu levitaţia să nu devină costisitor, este nevoie de un obiect foarte uşor, cu diamagnetism puternic. Aşa că pe piaţă vei găsi seturi cu 4 sau chiar cu mai mulţi magneţi cubici şi o plăcuţă din grafit pirolitic, gata pentru levitat.

Cel mai bine înţelegi dintr-o prezentare video:

Dar gata cu joaca, să trecem la lucruri serioase!

Pe un sistem similar, dar la alt nivel, pot fi produse câmpuri magnetice mai puternice. Pentru asta se folosesc electromagneţi şi alte dispozitive.

Laboratorul de Câmpuri Magnetice Puternice de la Universitatea Radboud din Nijmegen, Olanda, a demonstrat că pot levita chiar şi corpuri naturale destul de mari. Pentru a obţine un câmp magnetic pe măsură, au folosit un electromagnet Bitter 5)Bitter electromagnet” în Wikipedia. Astfel de de aparate sunt printre cele mai puternice surse de câmp magnetic. Cum apa este diamagnetică, orice corp bogat în apă e potrivit pentru un astfel de experiment. De exemplu, o broscuţă 6)Of flying frogs and levitrons” – studiu ştiinţific realizat de M.V. Berry şi A.K. Geim, publicat în European Journal of Physics în 1997. Da, o fiinţă vie! Stai liniştit, n-a păţit nimic. Doar s-a zăpăcit puţin.

Una dintre cele mai spectaculoase aplicaţii ale levitaţiei magnetice este sistemul de trenuri care folosesc câmpuri magnetice pentru a avansa levitând. Eliminând astfel frecarea, se obţin performanţe spectaculoase.

Pe 21 aprilie 2015, în Japonia, un astfel de tren a atins 603 km/h 7)Japan’s maglev train sets world record: 603 kph” – ştire realizată de Wilfred Chan pentru CNN pe 21 aprilie 2015! Deja fac concurenţă avioanelor. Mai ales dacă ţinem cont şi de alte avantaje: zgomot redus, fără poluare, siguranţă mai bună etc.

Şi e abia începutul: potenţialul este să se ajungă la 6400 km/h 8)Trans-Atlantic MagLev: Vacuum Tube Train” de Carl Hoffman, articol publicat în Popular Science pe 12 aprilie 2004! Imaginează-ţi un viitor în care măcar marile oraşe vor fi legate prin trenuri subterane de mare viteză. Un fel de metrou planetar. Vei putea ajunge oriunde în doar câteva ore. Foarte aproape de teleportare. N-ai fi zis că levitaţia are legătură cu aşa ceva.

2. Levitaţia electrostatică

Mai ţii minte experimentul din şcoală când luai un balon sau o riglă din plastic şi le frecai de păr sau de haine, iar apoi acestea atrăgeau bucăţele de hârtie? Fascinant pentru orice copil! Frecarea aceea produce o încărcare electrostatică, care prin forţa de atracţie cauzată de diferenţa de potenţial poate ridica hârtiuţele de pe masă.

Cred că deja ţi-a picat fisa: dacă ai putea regla câmpul electrostatic şi ai face o poziţionare optimă, hârtiuţele (sau alte obiecte) s-ar putea ridica spre câmpul electrostatic, dar fără să reuşească să-l atingă. Şi am obţine levitaţie electrostatică!

Din păcate, iar ne strică socotelile Samuel Earnshaw cu teorema lui 9)Electromagnetic Theory” de Julius Adams Stratton, carte publicată de Wiley-IEEE Press în 2007. Cică este imposibil să găseşti un punct de echilibru. Obiectul poate pluti, dar oarecum haotic, ceea ce nu este tocmai levitaţie.

Bine că pentru unii „imposibil” înseamnă „nu se poate aşa, dar o exista altă cale”. Şmecheria a fost găsită de Dr. Won-Kyu Rhim la NASA în 1993. Acesta a conceput un sistem de feedback, care urmăreşte poziţia obiectului. Ca idee, când obiectul se duce prea sus sau prea jos, sistemul ajustează foarte rapid încărcătura electrostatică, pentru a-l readuce la poziţia dorită. Rezultatul este de echilibru.

După cum poţi observa din acest scurt documentar video, în acest caz discutăm despre tehnologii sofisticate:

3. Levitaţia aerodinamică

Dacă ai suflat vreodată sub un balon de săpun, ai văzut cum se ridică. Imaginează-ţi că ai putea sufla continuu, cu o intensitate optimă, astfel încât forţa astfel obţinută să o compenseze pe cea a gravitaţiei. Asta nu e chiar dificil.

Ca de obicei, stabilitatea este adevărata problemă. S-au găsit mai multe soluţii, dar cea mai interesantă prin simplitate şi precizia destul de bună este o duză conică ce poate duce în levitaţie sfere de 1-3 mm. Baloane mai mari pot pluti relativ stabil, dar nu suficient cât să fie cu adevărat levitaţie.

Cert este că levitaţia aerodinamică există. Şi chiar are aplicaţii practice în diferite domenii, cum ar fi producerea sticlei.

Iată o mică demonstraţie video, care nu e chiar levitaţie, dar este tare amuzantă:

O variantă mai aparte este cea numită levitaţie pe peliculă de gaz. Ca să înţelegi rapid despre ce-i vorba, este ceea ce folosesc aeroglisoarele (vehiculele pe pernă de aer) pentru a nu atinge suprafaţa deasupra căreia se deplasează. Doar că în cazul acesta, ridicarea fiind realizată prin motoare cu care este dotat vehiculul, e discutabil dacă se poate numi levitaţie. Însă dacă un sistem similar este extern corpului ridicat, condiţiile sunt îndeplinite.

4. Levitaţia prin flotabilitate

Unele gaze, cum este xenonul, au densitate relativ mare. Dacă se mai exercită şi o presiune mare asupra lor, densitatea poate creşte atât de mult, încât să capete proprietăţile unui lichid, ori chiar ale unui solid.

Un obiect poate pluti pe un astfel de gaz precum barca pe apă. Doar că nu se vede pe ce pluteşte. Aceasta este levitaţia prin flotabilitate.

În următoarea demonstraţie video, o cutie uşoară pluteşte pe xenon, care fiind mai greu decât aerul, nu părăseşte containerul:

5. Levitaţia acustică

Dacă ai pus vreodată palma pe un difuzor din care se aude ceva, ştii că vibrează. Dacă pui difuzorul cu faţa în sus şi presari un praf pe el, acesta va începe să sară sub impactul vibraţiilor. Iată încă o posibilitate de a învinge gravitaţia. Dar cum să controlezi acele mişcări haotice?

Ei bine, se poate. Chiar în mai multe feluri. Deci levitaţia acustică este posibilă.

S-a reuşit levitarea unor obiecte de câteva kg. Unele sisteme permit şi deplasarea obiectului levitat deasupra unei matrici de emiţători, printr-o fină schimbare a intensităţii anumitor celule din matrice. Industria farmaceutică este principalul beneficiar, pentru că astfel se poate preveni contaminarea medicamentelor în procesul de producţie 10)Acoustic Levitation Made Simple” – articol despre o invenţie realizată de Marco A.B. Andrade, Nicolás Pérez şi Julio C. Adamowski, publicat în Applied Physics Letters din ianuarie 2015.

6. Levitaţia optică

Am văzut că levitaţia se poate obţine cu tot felul de unde. Dar ştii ceva? Şi lumina e o undă. Sună prea frumos ca să fie adevărat, nu?

Dacă încerci să mişti lucruri cu lanterna, nu o să reuşeşti decât pocnindu-le cu dosul. O lanternă are o lumină atât de slabă ca putere, încât pe atomi îi doare-n electroni de încercarea ta.

Arthur Ashkin a reuşit folosind un laser, adică lumină amplificată. În instalaţia pe care a conceput-o, pot levita sfere dielectrice de până la 50 de micrometri. Ai zice că nu e mare lucru. Dar când te gândeşti că lumina poate învinge gravitaţia, e cât se poate de impresionant.

Şi levitaţia optică e doar la început. Studiile teoretice arată că ar fi posibil ca printr-o metodă similară să leviteze şi obiecte mai mari 11)Scattering-Free Optical Levitation of a Cavity Mirror” – studiu ştiinţific realizat de G. Guccione, M. Hosseini, S. Adlong, M.T. Johnsson, J. Hope, B.C. Buchler, P.K. Lam în 2013. Suntem la graniţa dintre ştiinţă şi science-fiction.

7. Levitaţia cu forţa Casimir

Efectul Casimir este o forţă din teoria cuantică a câmpurilor care face ca, în anumite condiţii, două corpuri foarte apropiate să se atragă între ele 12)Casimir effect” în Encyclopædia Britannica13)The Casimir Effect: Physical Manifestations of Zero-point Energy” de K.A. Milton, carte publicată de World Scientific Pub Co Inc în 2001. Manipulând acest efect, oamenii de ştiinţă au reuşite ca particule extrem de mici să leviteze. Deocamdată levitaţia cu forţa Casimir este doar o curiozitate ştiinţifică, dar nu se ştie ce mai poate deriva de aici.

Ştiu că ţi-ar plăcea şi ţie să levitezi. Dar încă nu s-a inventat aparatul care să producă un câmp atât de puternic încât să ridice stabil cele… Câte kilograme ziceai că ai?

Totuşi, sunt mari şanse să fie posibil. Doar că ştiinţa nu a găsit încă o metodă pentru corpuri atât de grele. Îţi mai rămâne doar calea mistică. Ai putea învăţa nişte lucruri interesante de la un maestru şi să afli o mare taină. Ori ai putea intra pe mâna unui şarlatan şi să afli ce e fraiereala. (Din păcate, ultima variantă este mult mai probabilă.)

În orice caz, levitaţia va rămâne fascinantă. Una dintre nesfârşitele mirări. Vei afla mai multe decât crezi studiind-o. Şi jucându-te măcar cu magneţi.

Articol scris de Lucian Velea – si preluat de pe situl Miritico al carui fondator este

loading...

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile obligatorii sunt marcate cu *