Teorema di Earnshaw
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ll teorema di Earnshaw stabilisce che in presenza di sole cariche statiche, l'equilibrio di una particella carica, è instabile.
Si può capire il teorema con qualche esempio facilmente realizzabile tramite campo magnetico: prese due calamite e avvicinati due poli dello stesso segno, questi si respingono. Se nella configurazione appena descritta si suppone di appoggiare i due magneti su un tavolo liscio (cioè in cui l'attrito sia trascurabie rispetto alla forza magnetica) e posizionarli ad una distanza tale che non si respingano e in seguito avvicinare il primo magnete, saldamente tenuto, e farlo scivolare verso l'altro, libero da vincoli, si può notare la repulsione del magnete libero che tende a sfuggire fino ad un certo punto in cui si orienterà in modo da rivolgersi verso il polo attrattivo (a meno di opportune correzioni della mano sull'orientamento del campo del primo magnete).
Ancora più evidente è la situazione in cui si tenti di mettere una calamita sopra l'altra facendo avvicinare le facce della medesima polarità; è ben noto che non si ha levitazione (anche in condizione di dimensioni sensibilmente differenti dei magneti), bensì un movimento instabile che porta all'attrazione.
Quindi nella teoria di Earnshaw non si può realizzare una situazione di equilibrio stabile tramite campi elettrici o magnetici. La pratica dimostra la teoria, però si possono raggiungere dei compromessi di stabilità unendo alcuni princìpi delle forze meccaniche a quelli dell'elettromagnetismo, il più semplice dei quali si realizza utilizzando magneti ancorati a delle guide di scorrimento.
In generale gli unici metodi noti per eliminare l'instabilità e che trovano impiego nell'industria sono:
- effetto giroscopico il cui principio è alla base della trottola magnetica o levitron
- campo magnetico variabile controllato (con hw e sw) come accade su alcuni treni a levitazione magnetica
- uso di materiali superconduttori in particolari condizioni di temperatura.
