O trem mais rápido já construído | A física completa disso

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https://www.youtube.com/watch?v=sFz0c8xd2fA

Resumen

TLDRO vídeo destaca a tecnologia avançada do trem SC Maglev, que usa ímãs supercondutores para atingir velocidades superiores a 600 km/h. A tecnologia é composta por três componentes principais: propulsão, levitação e orientação, todos baseados em princípios de eletromagnetismo. Para alcançar essas funções, os trens utilizam ímãs supercondutores resfriados criogenicamente e bobinas de propulsão que interagem para mover e levantar o trem sem tocar os trilhos. Uma série de testes comprovou a viabilidade do sistema, e a comercialização está prevista para 2027 entre Tóquio e Nagoya. Além de ser uma façanha técnica, o sistema deve incluir medidas para proteger a saúde dos passageiros contra campos magnéticos. Os desafios, como o fornecimento de energia e o controle de temperatura, são enfrentados com tecnologias inovadoras, garantindo eficiência e segurança.

Para llevar

  • 🚄 O SC Maglev é o trem mais rápido do mundo.
  • 💨 Atinge velocidades superiores a 600 km/h.
  • 🔋 Usa ímãs supercondutores para levitação eficiente.
  • 🛰️ Propulsão e orientação baseadas em eletromagnetismo.
  • 🇯🇵 Esperado para operar em 2027 entre Tóquio e Nagoya.
  • ⚡ Coleta de energia baseada em indução sem contato.
  • ❄️ Refrigeração criogênica com hélio líquido é essencial.
  • 🚧 Tecnologia de escudos para segurança dos passageiros.
  • 🧲 Campos magnéticos são geridos para evitar riscos à saúde.
  • 📅 Testes bem-sucedidos desde 1997.

Cronología

  • 00:00:00 - 00:05:00

    Os trens SC Maglev desenvolvidos pela Central Japan Railway Company são únicos devido ao uso de ímãs supercondutores que permitem a levitação magnética sem perdas. Alcançando velocidades superiores a 600 km/h, esses trens são os mais rápidos do mundo. O objetivo é implementar essa tecnologia para conectar grandes cidades em tempos reduzidos. Para operar um trem de levitação magnética com sucesso, é necessário atingir objetivos de propulsão, levitação e orientação, contando com o uso de ímãs supercondutores resfriados a hélio líquido para evitar perdas de energia.

  • 00:05:00 - 00:12:48

    A levitação dos trens SC Maglev é alcançada usando bobinas em forma de oito, que não são alimentadas, através do movimento de ímãs supercondutores. Quando um ímã se move paralelamente e deslocado a essas bobinas, ocorre levitação devido à interação das forças magnéticas. Para estabilidade lateral, as bobinas interconectadas asseguram que as forças horizontais mantenham o trem centralizado na pista. Finalmente, a energia elétrica necessária para os sistemas do trem é transferida de forma indutiva, sem contato. Todo o design leva em conta a segurança dos passageiros, minimizando a exposição a campos magnéticos.

Mapa mental

Vídeo de preguntas y respuestas

  • Como os trens SC Maglev funcionam?

    Os trens SC Maglev utilizam ímãs supercondutores que necessitam de um sistema de refrigeração criogênica com hélio líquido para manter a temperatura crítica e permitir a levitação magnética.

  • Qual é a velocidade máxima atingida pelo trem SC Maglev?

    O SC Maglev alcançou uma velocidade recorde de 603 km/h durante testes.

  • O que faz do SC Maglev diferente de outros trens maglev?

    Esses trens são diferenciados por utilizarem tecnologia supercondutora para propulsão, levitação e orientação, ao contrário de outros sistemas de levitação magnética.

  • Como o SC Maglev consegue levitar?

    A levitação é conseguida através da indução eletromagnética, onde bobinas em forma de oito criam forças de levitação quando um ímã supercondutor se move sobre elas.

  • Quando o SC Maglev estará operando comercialmente?

    Em 2027, espera-se que o SC Maglev opere comercialmente entre Tóquio e Nagoya.

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Subtítulos
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    os trens levantados magneticamente são
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    comuns hoje em dia contudo o trem maglev
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    que a central de a pano railway Company
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    desenvolveu é bem único e superior aos
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    outros trens percorrendo a mais de 600
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    km por hora Ele alcançou o status de
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    trem mais rápido esse trem usa imãs
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    supercondutores por isso é chamado de SC
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    maglev uma vez carregados como uma
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    corrente de excitação Os imãs
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    supercondutores desse trem produzem uma
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    cê circulante e um forte campo magnético
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    externo com perda zero
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    vamos entender mais sobre esta
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    tecnologia de trem testada com sucesso o
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    que é projetada para superar outras
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    tecnologias de levitação magnética até o
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    ano de 2027 a mesma tecnologia deve
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    conectar a cidade de Nova York a
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    Washington DC em apenas uma hora até
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    2030
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    e agora operar com sucesso um trem
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    levitado magneticamente temos que
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    atingir os três objetivos a seguir um
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    propulsão 2 levitação e três orientação
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    contudo antes de entrarmos nos detalhes
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    de como o trem SC maglev atingir esses
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    objetivos Vamos estudar sobre o coração
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    deste trem Os imãs supercondutores
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    e os trens de levitação requerem
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    eletroímãs extremamente poderosos quanto
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    mais fortes use mas Mais forças de
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    sustentação e força de propulsão eles
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    têm resultando em maior velocidade do
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    trem um eletroímã normal não é capaz de
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    aumentar o valor da corrente além de um
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    certo limite devido ao problema de
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    aquecimento
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    nos Eletro imãs supercondutores a
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    temperatura do condutor é reduzida
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    abaixo de um limite crítico depois disso
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    o material de repente produz uma grande
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    quantidade de fluxo de corrente com
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    resistência zero
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    e Esse resultado é exatamente o que
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    queremos O interessante é que você só
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    precisa carregar a bobina super
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    condutora uma vez usando uma corrente de
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    excitação para que as bobinas em
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    curto-circuito produzem uma cê
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    circulante externa sem perda de energia
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    a corrente circulada pelas bobinas super
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    condutoras enorme 700kg amperes quase 10
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    mil vezes o valor da corrente dos fios
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    convencionais de cobre para uso
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    doméstico
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    os eletroímãs supercondutores são
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    obviamente os eletroímãs mais poderosos
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    e eficientes
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    é o desafio é manter as bobinas em um
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    estágio supercondutor para este
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    propósito um sistema de refrigeração com
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    hélio líquido a Bordo é usado e o super
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    condutor do trem SC maglev é uma liga de
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    nióbio e titânio que tem uma temperatura
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    crítica de 9.2 Kelvin para manter a
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    temperatura da liga abaixo desse limite
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    o hélio líquido a uma temperatura de 4.5
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    Kelvin é circulado em torno dela depois
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    de passar pelo condutor o hélio líquido
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    evapora
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    para trazê-lo de volta ao estágio
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    Inicial utiliza-se um compressor de
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    Hélio e uma unidade de refrigeração
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    e a unidade de refrigeração funciona
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    segundo o princípio do ciclo de
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    refrigeração guifood mcmahon
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    e ainda assim a tarefa de engenharia do
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    departamento criogênico ainda não
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    terminou o supercondutor pode absorver
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    calor de fora na forma de radiação para
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    evitar que essa absorção ocorra uma
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    escudo de radiação é adicionado ao seu
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    redor contudo durante a operação do trem
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    a formação de correntes parasitas e
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    problemas de aquecimento podem acontecer
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    nesta blindagem para neutralizar esse
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    aquecimento o escudo de radiação também
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    precisa de resfriamento que é conseguido
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    fornecendo o nitrogênio líquido para a
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    unidade para evitar a transferência de
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    calor por convecção um vácuo é mantido
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    dentro do escudo de radiação
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    14 desse supercondutores com polaridade
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    de corrente oposta são dispostos em uma
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    unidade embora em um SC maglev os
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    eletroímãs funciona e sem qualquer fonte
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    de alimentação o de apartamento
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    criogênico Exige uma boa quantidade de
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    energia muitas unidades são fixadas ao
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    longo do comprimento do trem Em ambos os
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    lados
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    e como mencionado a primeira tarefa é a
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    propulsão
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    proporcionar o trem para frente uma
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    tarefa fácil para isso usamos uma série
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    de eletroímãs normais chamados de
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    bobinas de propulsão
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    as bobinas de propulsão são alimentadas
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    de uma maneira alternativa conforme
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    mostrado e são colocadas dentro de uma
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    guia
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    bom então Precisamos descobrir a força
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    que as bobinas de propulsão estão
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    produzindo nos ímãs supercondutores do
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    trem
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    Observe que para entender a direção da
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    força que um imã produz no outro você
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    apenas precisa considerar os polos mais
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    próximos
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    e dessa forma vamos analisar a força que
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    atua nas bobinas supercondutoras Devido
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    as bobinas de propulsão
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    E aí
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    e se você pegar o resultado de todas
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    essas forças a força resultante estará
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    na direção para frente então um trem se
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    moverá para frente assim que o trem
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    alcança a próxima posição média mude as
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    bobinas de propulsão para a polaridade
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    alternada de modo que a força resultante
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    esteja novamente na direção para frente
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    apenas controlando a frequência dessa
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    comutação você pode controlar a
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    velocidade do trem
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    e vamos agora para a parte mais
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    interessante dessa tecnologia a
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    levitação dos trens SC mais leve você
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    pode se surpreender ao saber que a
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    levitação do trem SC magnésio é
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    alcançada com a ajuda dessas bobinas
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    simples em forma de oito que nem são
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    alimentadas
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    e muitas dessas bobinas em forma de oito
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    estão dispostas na guia
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    dá para entender a tecnologia de
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    levitação devemos primeiro aprender algo
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    sobre a natureza de um par de imãs
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    supercondutores SC
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    e o campo magnético resultante produzido
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    por este par de imãs SC é muito
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    semelhante a um imã permanente longo
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    bom então para simplificar A análise
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    vamos substituir este par por uma barra
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    magnética longa e uma barra magnética e
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    se mover paralelamente a essas bobinas
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    em forma de oito você pode prever o que
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    acontecerá
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    é o fluxo magnético variável irá induzir
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    cm Em ambos os looks de acordo com a Lei
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    de Faraday esses campos eletromagnéticos
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    estão na mesma direção
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    Observe que esta é uma bobina torcida
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    somente quando a desenrolar mos
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    entenderemos a direção certa é claro que
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    os cm induzidos são opostos na direção O
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    que significa que o cm líquido induzido
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    nesta bobina devido ao movimento do IMA
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    em barra é zero e nenhuma corrente
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    fluirá através do Lubi
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    Resumindo uma barra magnética movendo-se
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    através do centro do loop não terá
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    qualquer efeito no loop
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    e agora considere o mesmo caso mas desta
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    vez o imã está ligeiramente deslocado
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    para o look como mostrado aqui o loop
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    inferior em frente a um fluxo magnético
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    de força maior O que significa que o cm
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    induzido no look e inferior que será
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    maior do que no topo essa força mais
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    alta também significa que uma corrente
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    resultante fluirá pelo circuito este
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    fluxo de corrente produz um Polo Sul no
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    look e superior e um polo norte no look
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    e inferior se você analisar a interação
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    de força entre os polos magnéticos é
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    claro que uma força ascendente
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    resultante é imposta ao ímã
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    supercondutor
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    se essa força for maior do que a atração
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    gravitacional o imã se moverá para cima
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    É sim o movimento de um ímã
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    supercondutor paralelo e deslocado a uma
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    bobina em forma de oito produz levitação
  • 00:08:26
    E conforme o imã se move para cima a
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    diferença entre os valores do cm e o
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    fluxo de corrente no look e diminui
  • 00:08:36
    O que significa que a força no loop
  • 00:08:38
    também diminui
  • 00:08:40
    e finalmente quando a força para cima se
  • 00:08:43
    torna igual a atração gravitacional
  • 00:08:45
    poema se equilibra outrem alcançou a
  • 00:08:48
    levitação os engenheiros japoneses
  • 00:08:51
    alcançaram a levitação de três. 9
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    polegadas usando essa tecnologia
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    é claramente quanto maior a velocidade
  • 00:09:00
    do trem que maior a força de levitação
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    e o que significa que quando o trem está
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    em repouso ele não pode levitar é por
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    isso que o trem SC maglev usa pneus
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    normais para a partida e operação em
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    baixa velocidade quando o trem atinge
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    uma velocidade crítica os pneus Se
  • 00:09:20
    retraem pois a força eletromagnética é
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    forte o suficiente para levitar o trem
  • 00:09:26
    e em seguida vem a questão da orientação
  • 00:09:28
    do trem
  • 00:09:30
    orientação significa que o trem deve
  • 00:09:33
    estar sempre centrado ele deve se mover
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    sem bater nas paredes laterais em outras
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    palavras ele deve atingir e estabilidade
  • 00:09:41
    lateral
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    e os engenheiros japoneses alcançaram
  • 00:09:45
    essa estabilidade facilmente
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    interconectando as bobinas em forma de
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    oito que vimos anteriormente como
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    mostrado
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    E se o trem estiver no centro os cm
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    induzidos nas bobinas direita e esquerda
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    serão iguais e nenhuma corrente fluirá
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    pelas bobinas de interconexão
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    e contudo Suponha que o trem tenha se
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    movido ligeiramente para a direita essa
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    mudança causará uma interferência no cm
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    entre as bobinas direita e esquerda
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    resultando em um fluxo de corrente nas
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    bobinas de interconexão o fluxo de
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    corrente através das bobinas de
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    interconexão afetará drasticamente o
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    fluxo de correntes Em ambos os looks
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    inferiores e assim na força do Polo de
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    cada Loop
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    e vamos analisar as forças que atuam no
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    trem agora você pode ver que os
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    componentes verticais das forças
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    permanecem os mesmos mais um componente
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    horizontal resultante se manifesta para
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    a esquerda o que força o trem a se mover
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    de volta para o centro conforme o trem
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    se aproxima do centro as correntes nos
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    looks de interconexão diminuem e
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    finalmente o componente horizontal da
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    força desaparece o mecanismo fácil e
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    Brilhante para estabilizar o trem não é
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    é com base na discussão até agora você
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    pode entender que o sistema criogênico
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    do trem e outros aparelhos elétricos do
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    trem requerem uma grande quantidade de
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    energia elétrica
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    E como você transfere energia elétrica
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    para um trem de alta velocidade
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    a central de a pane raio é usou uma
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    técnica chamada coleta de energia
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    indutiva para este propósito aqui usando
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    o princípio da indução eletromagnética a
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    energia elétrica é transferida das
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    bobinas de aterramento para a bobina de
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    coleta de energia no trem sem nenhum
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    contato com o material
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    e o forte campo magnético produzido pelo
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    cima supercondutores pode ser
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    prejudicial à saúde dos passageiros para
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    evitar esse efeito indesejado escudos
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    magnéticos são usados no material
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    circulante e nas instalações de embarque
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    de passageiros mantendo assim a
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    intensidade do campo magnético abaixo
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    das diretrizes da iscmsp
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    e os passeios de teste do trem SC my
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    life começaram em
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    1997 na linha de teste e yamanashi mais
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    leve os passeios de teste foram bem
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    sucedidos e continuaram por dez anos
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    consecutivos sem perder um único dia um
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    recorde mundial de velocidade de 603 km
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    por hora foi alcançado durante esse
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    tempo
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    esses resultados altamente positivos
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    encorajaram as autoridades japonesas e
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    elas consideram permissão para conduzir
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    operações comerciais do SC maglev entre
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    Tóquio e Nagoya até o ano de 2027 com
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    mais trens SC mais leve a seguir
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    e antes de sair por favor não se esqueça
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    de fazer parte da nossa equipe obrigado
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