Por que um ímã não pode

Rhett Allain

Há um meme de longa circulação na internet que é basicamente uma pergunta: um veículo movido a ímã funcionaria? (Aqui está uma versão postada no Reddit.) É um desenho muito simples de uma caminhonete com uma placa de metal grossa presa à frente. Um braço de guindaste se estende da parte de trás do caminhão sobre a cabine e mantém um forte ímã na frente do veículo. A teoria aqui é que o ímã atrairá a placa e puxará o caminhão para frente, produzindo essencialmente movimento perpétuo sem a necessidade de combustível.

Aqui está a minha versão deste desenho:

OK, você provavelmente já adivinhou que isso não funcionaria. (Quero dizer, se isso acontecesse, já estaríamos dirigindo por aí em nossos carros magnéticos sem combustível, certo?) Mas por que não? E existe uma maneira de fazermos um funcionar?

Vamos lá.

Usamos forças para descrever interações o tempo todo. Quando você se senta em uma cadeira, a cadeira empurra você com alguma força, devido à interação da força de contato entre seu traseiro e o assento. Apenas estando na Terra, há uma força puxando você para baixo - a gravidade. Se você colocar um imã perto de um pedaço de ferro, o imã puxa o metal. Essa força é devida à interação magnética entre os dois.

Uma coisa importante a notar é que todos esses exemplos são interações entre dois objetos. Você não poderia ter uma interação entre uma pessoa e uma cadeira sem a cadeira. Isso também é verdade para a Terra e uma pessoa, e um ímã e metal.

Vejamos a interação entre dois objetos genéricos, A e B. Se o objeto A empurra o objeto B, então o objeto B também empurra o objeto A com exatamente a mesma intensidade de força, mas na direção oposta. Muitas vezes nos referimos a isso como a terceira lei de Newton: para toda força existe uma força igual e oposta.

Você pode realmente medir essas forças iguais e opostas. Vamos pegar dois carrinhos em uma pista de baixo atrito. Ambos os carrinhos têm sensores de força montados na parte superior e os dois sensores são conectados por um elástico.

Jeremy White

Kate Knibbs

Jeremy White

Khari Johnson

O que acontece quando eu os separo? O carrinho da direita puxa o carrinho da esquerda. O carrinho esquerdo puxa para trás com a mesma força, mas na direção oposta. (Na verdade, neste caso também existe o elástico, mas como ele tem uma massa tão baixa, podemos apenas fingir que é alguma força fundamental, como a gravidade ou uma força magnética.)

Aqui está o que os dois sensores de força lêem durante esta interação:

Graças à terceira lei de Newton, os dois sensores têm medições de força praticamente iguais.

Há uma outra regra de força que precisamos considerar para nosso hipotético veículo movido a ímãs. É a segunda lei de Newton, que diz que uma força resultante sobre um objeto altera a velocidade desse objeto. Você pode ter visto essa lei expressa na seguinte equação:

Jeremy White

Kate Knibbs

Jeremy White

Khari Johnson

Nesta equação unidimensional, a força total, ou força resultante, é igual ao produto da massa de um objeto e sua aceleração. (Existe uma versão vetorial disso também, mas não se preocupe com isso.)

A aceleração informa a velocidade com que a velocidade do objeto muda. Mas se a força resultante em um objeto for zero, então a aceleração também deve ser zero. Se um objeto está em repouso com aceleração zero, ele deve permanecer em repouso. Isso também é importante para nosso caminhão de propulsão magnética.

Obviamente, o primeiro passo para testar se essa ideia funcionaria é apenas experimentar um modelo do mundo real. Isso é bem simples. Não preciso de uma versão em tamanho real; Posso usar meus carrinhos de baixo atrito com um tipo de guindaste magnético como substituto. Aqui está o que eu construí:

Jeremy White

Kate Knibbs

Jeremy White

Khari Johnson

À esquerda, você pode ver um grande ímã de neodímio preso a um guindaste baseado em Lego, que está conectado ao carrinho com fita adesiva. Apenas no caso de você não ter usado essas coisas antes, elas são bastante poderosas. Há uma barra de ferro de bom tamanho presa ao próprio carrinho. De fato, existe uma força de atração entre o ímã e o ferro - é mais do que forte o suficiente para prender seu dedo se você não tomar cuidado.