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Pião magnético (Levitron)

Física

O pião magnético (levitron) é um dispositivo que permite a visualização da levitação magnética por meio do movimento rotacional de um pião sobre uma base magnética.
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O que é o pião magnético?

O pião magnético, que leva o nome comercial de Levitron, é um brinquedo que utiliza os princípios da força magnética e da inércia rotacional para fazer um pião levitar diante de nossos olhos.

O princípio de funcionamento é simples: uma base que contém um ímã cerâmico e de campo magnético bastante intenso é utilizada para repelir um ímã (também produzido em material cerâmico) em formato de anel instalado no pião. Os campos magnéticos gerados pelos dois componentes do brinquedo são alinhados com polos iguais, de forma que se favoreça a força magnética repulsiva.

O equilíbrio do Levitron é delicado e sua levitação ocorre em uma altura de aproximadamente 4 cm em relação à base. A frequência de revolução do brinquedo pode atingir cerca de 20 rotações por segundo, no entanto, se o pião não estiver horizontalmente alinhado com sua base ou sua frequência de rotação variar muito, ele perde o equilíbrio, assim como um pião convencional.

O material de confecção dos ímãs é cerâmico para evitar a indução de correntes elétricas em suas partes magnéticas, diminuindo assim a dissipação de sua energia cinética.

Como funciona o pião magnético?

O pião convencional é sustentado por uma força vertical, que é a reação à compressão da ponta metálica à superfície. Essa força vertical é a Normal, formada na mesma direção que o peso, com sentido contrário e mesmo módulo.

De forma similar, para que ocorra a levitação, a força magnética sobre o pião é formada na mesma direção da força peso que atua sobre ele, porém, com sentido oposto, e deve necessariamente ter módulo igual ou muito próximo dela; caso contrário, o brinquedo perde seu equilíbrio e cai.

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A grande velocidade de rotação do pião confere a ele uma propriedade dos objetos que se encontram em movimento rotacional: o momento de inércia. Trata-se da quantidade de movimento relacionada às rotações e funciona da seguinte forma: quanto maior a velocidade de rotação do móvel, mais estável será o seu equilíbrio, similarmente ao comportamento das rodas de bicicletas e motocicletas em movimento.

Como o pião magnético não está apoiado sobre o solo, a duração do seu movimento de rotação é prolongada, mas não dura pra sempre: mesmo sendo pequena, a resistência do ar acaba dissipando parte da energia do dispositivo pelo atrito.

Outro fator limitante ao brinquedo é a temperatura de operação: após certo valor de temperatura, os ímãs perdem sua magnetização e deixam de apresentar propriedades magnéticas. Essa temperatura é chamada temperatura de Curie.

O fenômeno da levitação magnética, responsável por tornar o Levitron tão interessante, é um princípio utilizado por diversas tecnologias, como trens que flutuam sobre os seus trilhos por causa da repulsão ou atração entre polos magnéticos. Dessa forma, os piões magnéticos são um convite à visualização desse fenômeno físico de grande interesse científico e tecnológico.

*Créditos da imagem: Magitek


Por Rafael Helerbrock
Graduado em Física

Os piões magnéticos utilizam um balanço entre a força peso e magnética para criar um fino equilíbrio rotacional
Os piões magnéticos utilizam um balanço entre a força peso e magnética para criar um fino equilíbrio rotacional

Gostaria de fazer a referência deste texto em um trabalho escolar ou acadêmico? Veja:

HELERBROCK, Rafael. "Pião magnético (Levitron)"; Brasil Escola. Disponível em: https://brasilescola.uol.com.br/fisica/piao-magnetico-levitron.htm. Acesso em 19 de setembro de 2019.

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