XXXIV Carnaval Física: La caída de un imán de neodimio en un tubo de plata

Jesús López Galván, profesor jubilado de la Escuela Politécnica Superior de la Universidad de Málaga, nos ilustra en este vídeo la caída de un imán de neodimio en cinco tubos de un metro de longitud, ordenados por conductividad creciente: acero inoxidable austenítico (acero con cromo y níquel), bronce (67% Cu y 33% Zn), aluminio, cobre y plata. Hay muchos vídeos en youtube que ilustran la diferencia entre la caída en un tubo de aluminio y otro de cobre, pero Jesús también nos lo ilustra con un tubo de plata. Este dispositivo experimental ha sido utilizado por Jesús en múltiples ilustraciones a sus alumnos e incluso ocasiones más solemnes. Enhorabuena, Jesús.

Un cálculo sencillo nos indica que el tiempo de caída es proporcional a la conductividad eléctrica si la geometría de todos los tubos es exactamente la misma. Midiendo sin cronómetro (con el reloj de youtube) los tiempos de caída del imán se observa que tarda unos 1,5 segundos en el inox, unos 3 segundos en el bronce, unos 8 segundos en el aluminio, unos 5 segundos en el cobre y unos 9 segundos en la plata. La conductividad eléctrica del cobre es similar (algo menor) que la de la plata, por lo que me parece que el tiempo de caída para el cobre es demasiado bajo; hay varias explicaciones posibles, pero la más obvia es que el grosor del tubo de cobre es mayor que el de plata. Por otro lado, yo esperaría una diferencia más grande entre el tiempo de caída para el aluminio y la plata; una posible explicación es que el grosor del tubo de aluminio es algo menor que el de la plata. Obviamente, el vídeo de youtube no permite calibrar estos detalles. Aún así, el experimento es muy curioso y el dispositivo experimental está muy bien trabajado.

El vídeo acaba con la ilustración del deslizamiento del imán en una pista conductora (parece de cobre) que actúa como rampa. El experimento utilizando rampas de diferentes materiales o diferentes imanes en la misma rampa también es muy interesante y su incorporación en un laboratorio de física es más sencilla pues permite seguir la posición de la imán durante su caída mediante una cámara de vídeo (utilizando un programa de análisis de imágenes se pueden reconstruir fácilmente posiciones y tiempos). Nos lo proponen dos compañeros de la EPS de la UMA, J. A. Molina-Bolívar and A. J. Abella-Palacios, “A laboratory activity on the eddy current brake,” European Journal of Physics 33: 697-707, 2012.

El experimento ilustrado por Jesús también es fácil de repetir en cualquier laboratorio de física (utilizando tubos de cobre de diferente longitud o diámetro, o con tubos de diferente material). Incluso si solo se dispone de un único tubo se pueden realizar varios experimentos cambiando la masa del imán añadiendo discos de plomo o similares, pudiéndose calcular de esta forma la conductividad eléctrica del material del tubo, como nos recuerdan J. Íñiguez, V. Raposo, A. Hernández-López, A. G. Flores and M. Zazo, “Study of the conductivity of a metallic tube by analysing the damped fall of a magnet,” European Journal of Physics 25: 593-604, 2004.

Hay muchas variantes del experimento que pueden ser interesantes como ilustración para los alumnos, por ejemplo, el cálculo mediante análisis dimensional de la relación entre el tiempo de caída y la conductividad eléctrica (detalles en John A. Pelesko, Michael Cesky, and Sharon Huertas, “Lenz’s law and dimensional analysis,” American Journal of Physics 73: 37-39, 2005).

Esta entrada participa en la XXXIV Edición del Carnaval de la Física, alojada en esta ocasión en el blog colaborativo Hablando de Ciencia. “¿Qué es lo que hay que hacer para participar? Muy sencillo: publicar una entrada en vuestro propio blog (…), indicar en la entrada que participa en la XXXIV Edición del Carnaval de la Física y enlazar con la página que lo alberga en esta edición, es decir, Hablando de Ciencia. Una vez publicada la entrada es necesario comunicarlo: Mandando un correo electrónico con el formulario de contacto de HdC o enviando un tuit a @HdCiencia. La fecha tope para publicar las entradas es el 25 de septiembre. (…) El hilo conductor de esta edición es la física nuclear (tema propuesto [que] no es vinculante).”

7 Comentarios

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Hegoi AmestoyHegoi Amestoy

Muy interesante, mi duda es como seria la diferencia entre acero inoxidable austenitico y acero normal. Tienen conductividad diferente pero además el acero austenitico no es ferromagnético.

Respecto a la diferencia entre cobre y plata puede ser por el diámetro, pero también por el contenido de impurezas. El cobre de los cables es del 99.99% y tiene una gran conductividad como la plata, pero el de un tubo (que tiene pinta de ser de los utilizados en calefacción) el grado de pureza es mucho menor del 99% por lo que la conductividad del material disminuye.

Saluditos
Hegoi

Oscar agutOscar agut

hola Hegoi
Logicamente se ha utilizado un tubo de acero inoxidable (que no es ferromagnetico) por que si se usa un acero normal el iman se quedaria pegado….

Raúl L.Raúl L.

El efecto se produce con tubos que sean conductores, no es necesario que sean ferromagnéticos. Si fuese ferromagnético, creo que pasaría lo siguiente: los alrrededores del imán se irían magentizando, y el campo debido a esta magnetización afectaría al imán. el imán maganetiza los alrrededores, y su distancia al tubo sería de equilibrio inestable de forma que se pegaría a la pared. Si suponemos que el tubo es suficientemente ancho como para que no lo haga, seguiría pasando algo interesante: habría ido magnetizando todo el tubo a su paso, de modo que por donde a pasado queda magnetizado, tirando del imán hacia arriba y haciendo que tarde aún más en caer.

Raúl L.Raúl L.

Claro que si lo miramos más a fondo, el efecto se produce por al corriente inducida en el tubo según la ley de Lenz. Esta corriente quizá (o quizá no) podría destruir los dominios magnéticos responsables de la magnetización del tubo. La pregunta es algo compleja para ser contestada de manera precisa sin no se es alguien con experiencia en el tema, porque hay que ver qué efectos son más importantes que otros, algo difícil de decir así sin más.

Roberto PoissonneauRoberto Poissonneau

También es interesante el efecto óptico que se produce al llegar el imán al estremo inferior del tubo, la cantidad de reflecciones según el espacio alrededor del disco y el diámetro del tubo. ¿Quién se larga hace los calculos?

Raúl L.Raúl L.

Vemos que en la explicación matemática, aparece m·dv/dt=m·g-k·v. Si el campo magmético no realiza trabajo ¿quién está realizando el trabajo w=f·x, con f=-k·v, sobre el imán? Me corroe esta duda, ¿alguien sabría explicarlo? Gracias.

GerardoGerardo

Me parece bien interesante el video, pero al profesor que lo grabó le falto una explicación o al menos hablar en el video, para ilustrarlo. Como esta parece que fue dark vaider el que lo grabó por que solo se escucha la respiración

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