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¿Está incompleta la explicación estándar del lanzador de anillos?

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El lanzador de anillos es una demostración estándar de introducción a la física que supongo que casi todo el mundo ha visto (si no, búscala en YouTube). La explicación de por qué se lanza el anillo se explica en muchos sitios web. Por ejemplo, aquí está la explicación del Sitio web de Pasco que era exactamente la misma explicación que han utilizado varios de mis profesores:

El campo magnético cambiante de la bobina alimentada por CA provoca un flujo magnético cambiante a través del anillo de aluminio. El EMF inducido en el anillo crea una corriente que produce un campo magnético. El campo magnético inducido se opone al campo de la bobina, empujando el anillo hacia arriba.

Aquí es donde radica mi problema: creo que es una explicación incompleta y tiene un grave defecto. Dado que se alimenta con corriente alterna, imagino que durante un instante la corriente a través del solenoide que está creando este flujo magnético cambiante induce una corriente en el anillo, digamos, en la dirección CCW y esto resulta en empujar el anillo hacia arriba. Sin embargo, una fracción de segundo después, la corriente a través del solenoide cambia en la dirección opuesta e induce una corriente en la dirección opuesta (CW) en el anillo. ¿No implica esto que ahora el anillo sería atraído por el solenoide en lugar de ser empujado hacia arriba? Sin embargo, esto no ocurre, así que ¿por qué se lanza el anillo desde el solenoide?

La clave para mí vino después de tomar análisis de circuitos y aprendí cómo el voltaje conduce a la corriente en un circuito AC RL (que es el lanzador de anillos). Si la tensión inducida en el anillo se produce antes de la "segunda corriente inducida" (esto sería la corriente CW arriba) viene, entonces el anillo tiene tiempo suficiente para ser empujado hacia arriba antes de la atracción viene de la segunda corriente inducida.

Nunca había visto esta explicación, así que supongo que estoy equivocado. Por favor, corríjanme. En mi opinión, es imposible que se haya pasado por alto un concepto tan fundamental.

Gracias de antemano por cualquier ayuda sobre esta cuestión

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rajb245 Puntos 290

Como esto funciona con corriente alterna, imagino que durante un instante el corriente a través del solenoide que está creando este cambio magnético induce una corriente en el anillo, digamos, en la dirección CCW y esto resultados en empujar el anillo hacia arriba. Sin embargo, una fracción de segundo después, la corriente a través del solenoide cambia en la dirección opuesta y induce en el anillo una corriente en sentido contrario (CC). D esto implica que el anillo ahora sería atraído por el solenoide en lugar de ser empujado hacia arriba?

No. Cuando la corriente en el solenoide cambia de dirección, también lo hace la corriente en el anillo. Mientras las corrientes no se muevan en el mismo sentido, la fuerza será repulsiva. Es análogo a dos imanes que siempre están de Norte a Norte o de Sur a Sur. En ambos casos, la fuerza es repulsiva, no atractiva. Los polos Norte y Sur en la analogía son los momentos magnéticos de las dos espiras, y mientras la ley de inducción sea tal que las corrientes inducidas oponerse a el cambio de flujo, estos momentos se oponen y la fuerza es repulsiva.

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Zach Puntos 379

Existe una diferencia de fase de 90 grados entre la corriente de entrada y la tensión inducida en el anillo debido a la ley de Lenz. A continuación, hay una diferencia de fase de 90 grados entre esta tensión inducida y la corriente inducida debido a la autoinductancia del anillo. Esto equivale a una diferencia de fase de 180 grados entre la corriente de entrada y la corriente inducida, lo que garantiza que los campos magnéticos sean siempre repulsivos. Si se tiene en cuenta la resistencia, la diferencia de fase no llega a 180 grados, pero es suficiente para que las fuerzas de repulsión sean mayores por término medio.

El Dr. Lewin lo explica hacia el final de la conferencia #20 del MIT 8.02, a los 40 minutos (la demostración de la "mujer levitando" está en la conferencia 19):

https://youtu.be/t2micky_3uI

Nota: En la clase 20 hace levitar un anillo conductor sobre un solenoide, pero la física es la misma que en la clase 19, en la que hace levitar un solenoide sobre un conductor.

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