Caiguda d'un imant per dins un tub d'alumini

Heu vist com un imant, en caure per un tub metàl·lic no fèrric, com ara d'alumini o coure, ho fa a una velocitat menor que per un tub no metàl·lic. Això s'explica per la formació de corrents induïts en el tub, que es comporta com una bobina de moltes espires i molt juntes. S'hi creen corrents de Foucault, que són la causa que l'imant es freni.
Es penja el tub d'un sensor de força. Si hi ha una força que el tub produeix i que actua sobre l'imant, aquesta ha de tenir una reacció, que serà la que l'imant produeix i actuarà sobre el tub.
La parella de forces acció-reacció és:

• Força del tub sobre l'imant Força de l'imant sobre el tub

  
  Feu una predicció sobre el que ens marcarà el sensor de força abans de deixar caure l'imant, mentre cau l'imant i un cop l'imant ha travessat el tub. La predicció la podeu fer indicant en un gràfic la força que marcarà el sensor en funció del temps que estarà activat (vegeu la figura 2).
  

En la figura 3 feu un diagrama clar amb totes les forces que intervenen en el procés: pes de l'imant, pes del tub, forces magnètiques i totes les seves reaccions.

 

 

En iniciar l'experiència, heu mesurat els pesos de l'imant i del tub. Ara comproveu el que ha de marcar el sensor mentre l'imant cau a una velocitat constant.

En la figura 4 es representen les espires (imaginàries) per on circulen els corrents induïts de Foucault; indiqueu el sentit de rotació del corrent i expliqueu-ne el perquè.

Mentre l'imant cau, els corrents induïts (de dalt i de baix) actuen com si es tractessin d'imants. Els podeu dibuixar, a la figura 5, amb la seva polaritat correcta? Raoneu-ho.

Si feu un balanç energètic de l'imant, comprovareu que sembla que l'energia no es conservi atès que l'imant cau a una velocitat constant: inicialment té una energia potencial gravitatòria i energia cinètica, i finalment disminueix l'energia potencial gravitatòria però manté l'energia cinètica. En què s'ha transformat l'energia que s'ha perdut en la caiguda de l'imant?