Me refiero a un simple tren de solenoides como el que se muestra en la siguiente imagen, que funciona con el mismo principio que un motor homopolar. Consiste en una pila eléctrica (tipo AA o AAA) en cuyos terminales se colocan imanes de disco de neodimio. Este montaje se denomina tren. Cuando este tren se coloca dentro de una bobina de cobre, el tren se mueve. El principio de funcionamiento se explica en este Vídeo de YouTube.
Ahora, ¿cómo puedo determinar la velocidad y la eficiencia de un tren de solenoides?
Para determinar la eficiencia, creo que podría dividir el producto del desplazamiento del tren y la fuerza de Lorentz por la potencia de salida de la batería, despreciando la fricción entre el tren y la bobina como se indica en la siguiente ecuación:
μ= (Potencia del tren) / (Potencia de la batería) = (D × IBL) / (I × V)
Dónde,
μ es la eficiencia del tren.
D es el desplazamiento del tren.
I es la corriente en la bobina. Que es la misma que la corriente de salida de la célula.
B es la fuerza magnética de los imanes de neodimio.
L es la longitud de la parte de la bobina que actúa como solenoide y que es igual a la longitud del tren.
V es la tensión de la célula.
Para calcular la veleidad del tren puedo utilizar la segunda ley del movimiento de Newton:
F = m x (v/t)
De la cual,
v = (F x t)/m
Dónde,
v es la velocidad del tren.
F es la fuerza de Lorentz que impulsa el tren.
t es el tiempo que tarda el tren en desplazarse.
m es la masa del tren.
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La polaridad del imán no se muestra correctamente. ¿Cómo determinarás la corriente? ¿Cómo variará la velocidad con el tiempo? ¿Tienes una trayectoria cerrada o el tren va de un extremo a otro y luego se para? Si la trayectoria no es continua, ¿cuánto dura? ¿Por qué crees que es conveniente despreciar el rozamiento?
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La fricción no debería influir en las mediciones de eficiencia. Pero la fricción es lo que determinará la velocidad del tren, por lo que no se puede despreciar si se calcula la velocidad. De lo contrario, el tren iría cada vez más rápido.