Motor homopolar, motor unipolar, motor de Faraday, motor de Barlow, etc., muchos nombres para una idea bonita (o como uno se hipnotiza en un improvisado “tiovivo”)

El motor homopolar de este video de youtube es algo lo suficientemente curioso para que merezca la pena que dediquemos
cierto tiempo a buscar su historia y por qué funciona. Hasta donde yo he podido recabar, la idea de esta configuración es del sueco Per-Olof Nilsson según el artículo “A fast, high-tech, low cost electric motor construction“, H Joachim Schlichting and Christian Ucke (english translation by Jonathan Williams), from Physik in unserer Zeit, 35, 272-273 (2004). La misma configuración aparece más tarde en “Inspiring experiments exploit strong attraction of magnets“, David Featonby, Physics Education, July 2006.

En español podéis leer el interesante artículo “Motor homopolar“, Agustín Martín Muñoz, Revista Eureka sobre Enseñanza y Divulgación de las Ciencias Asociación de Profesores Amigos de la Ciencia-Eureka, 4(2), pp. 352-354 (2007). No sólo explica (igual que el video) como construir el motor, también incluye cómo funciona, la física que lo sustenta. Merece la pena leerlo.

En las tres referencias anteriores se explica muy bien cómo funciona este motor que no es otra que la idea de la rueda de (Peter) Barlow (Barlow’s wheel), 1823, también llamado motor unipolar o máquina homopolar. Prácticamente la misma idea es de (Michael) Faraday 1832, por lo que también se llama motor de Faraday. Obviamente, estos experimentos históricos eran “estéticamente” más bonitos y no utilizan una moderna batería. Pero la idea es la misma. El famosísimo libro de experimentos en física para profesores, “Demonstration Experiments in Physics” Richard Manliffe Sutton, 1938 (recientemente disponible completo en PDF en Internet) presenta también dicho motor, pag. 360: E-136. “Barlow’s Wheel”, E-137. “Force on Magnet in Field of Conductor—Unipolar Motor”. Su explicación es muy concisa pero “suficiente” para un “profesor” de física.

En la revista de la asociación de profesores de física americanos “American Journal of Physics” hay múltiples artículos sobre este tema:

Electromagnetic Induction in Moving Systems” Dale R. Corson, Am. J. Phys. 24, 126 (1956), que trata de clarificar los efectos de las fuerzas electromotrices inducidas debidas a la ley de Faraday y en su ejemplo no. 4 estudia “the unipolar generator”.

Laboratory Experiments in Motional Electric Fields” John W. Then, Am. J. Phys. 28, 557 (1960) describe este motor pero en una configuración diferente, con dos cilindros concéntricos.

Variation of the Homopolar Motor” Thomas D. Strickler, Am. J. Phys. 29, 635 (1961) describe muy brevemente el motor homopolar o rueda de Barlow pero con la batería conectada al propio cable, algo más incómodo de montar.

Approaches to Electromagnetic Induction“, P. J. Scanlon, R. N. Henriksen, and J. R. Allen, Am. J. Phys. 37, 698 (1969) estudia diferentes problemas observados en los estudiantes de física con la compresión del concepto de inducción electromagnético y presenta el “homopolar inductor” (cita a las “Lectures in Physics” de Feynman, vol. II, sec. 17-2) y el “unipolar inductor” (cita los “Elements of Physics” de Kaempffer, 1967, p. 164), ejemplos en los que se mueve el imán, no el cable.

One-piece Faraday generator: A paradoxical experiment from 1851” M. J. Crooks, D. B. Litvin, P. W. Matthews, R. Macaulay, and J. Shaw, Am. J. Phys. 46, 729 (1978) presenta el “Faraday generator” con una buena explicación física y acompañado de una “curiosa” paradoja, ¿puede ser utilizado para que un observador inercial mida su velocidad absoluta?, obviamente no pues eso violaría la relatividad de Galileo (y por ende la de Einstein, claro).

Comment on ‘One-piece Faraday generator: A paradoxical experiment from 1851’“, P. J. Scanlon and R. N. Henriksen, Am. J. Phys. 47, 917 (1979) reclaman que no haya sido citado su artículo de 1969 y que afirman que de paradoja, nada de nada.

Two laboratory experiments involving the homopolar generator” R. D. Eagleton, Am. J. Phys. 55, 621 (1987) muestra como el “homopolar generator”, “acyclic dynamo”, “unipolar generator” y “Faraday generator” es un experimento que sirve como motor o como generador de electricidad; sus resultados experimentales muestran un pequeño error sistemático entre teoría y experimento que él asocia a efectos térmicos (cuando enfría el generador logra minimizarlo).

The radial magnetic field homopolar motor” Robert D. Eagleton and Martin N. Kaplan, Am. J. Phys. 56, 858 (1988), artículo cortito que presenta una variante del experimento que usa un campo radial en lugar de uno axial.

Finalmente, permitidme acabar con “The homopolar motor: A true relativistic engine” Jorge Guala-Valverde, Pedro Mazzoni, and Ricardo Achilles, Am. J. Phys. 70, 1052 (2002), el tercero y último artículo de una serie en la que estos argentinos reinvidican la resolución de la paradoja del artículo de 1979, concluyendo que la relatividad no es violada, para lo que acompañan los análisis teóricos (de los artículos anterios) con seis experimentos cuya discusión aclara la “relatividad” (recuerda, galileana) de todo el proceso.

¡Qué vueltas da el asunto! Digo, el motor.

Si te atreves, el experimento es fácil, pero requiere un buen imán.

Si no te atreves, disfruta de este otro video.