Canhão de bobinas

Um canhão de bobinas move um projétil apenas com magnetismo, sem pólvora. Uma fila de bobinas de fio enroladas à volta do cano puxa um projétil de ferro ao longo dele, uma bobina a seguir à outra. Charles Grafton Page descreveu uma «espingarda magnética» em 1845, e em 1903 a tentativa de Kristian Birkeland de vender um canhão eletromagnético acabou num curto-circuito.

O que é

Um canhão de bobinas lança um projétil apenas com magnetismo. O seu cano é um tubo direito rodeado de bobinas de fio isolado, colocadas umas a seguir às outras. Quando a corrente percorre uma bobina, esta atrai um pedaço de ferro para o seu centro. Bobinas ligadas à vez puxam o projétil ao longo do tubo cada vez mais depressa, e ele sai pela boca com a velocidade que ganhou. Nada arde e nenhum gás o empurra. Também se chama espingarda de Gauss. Distingue-se do canhão de carris, outro lançador eletromagnético, que usa dois carris em vez de bobinas.

O primeiro canhão de bobinas foi uma curiosidade científica. Mais tarde Kristian Birkeland tentou vender um como peça de artilharia, sem êxito, e na década de 1970 engenheiros construíram com este princípio maquetas de lançadores destinados a enviar para o espaço rochas extraídas na Lua.

Como funciona

Uma bobina percorrida por corrente aspira uma barra de ferro e mantém-na suspensa.

Uma corrente que percorre uma bobina de fio cria um campo magnético, mais intenso dentro da bobina e ao longo do seu eixo. Um pedaço de ferro colocado nesse campo torna-se ele próprio um íman, com os polos orientados de modo a ser atraído para o sítio onde o campo é mais forte, o centro da bobina. Em 1845 Charles Grafton Page descreveu como uma bobina conseguia puxar uma barra de ferro até ao seu centro e segurá-la ali, suspensa sem qualquer apoio visível.

Essa mesma atração torna o aparelho difícil de construir. As bobinas só aceleram o projétil se atuarem umas a seguir às outras, pela ordem certa e no momento certo, e tanto Page como Birkeland tiveram de encontrar maneira de o conseguir.

O projétil não tem de ser de ferro. Pode levar uma bobina própria, e então as forças entre a corrente dessa bobina em movimento e as das bobinas do cano empurram-no para a frente. Birkeland experimentou esta disposição numa versão posterior do seu canhão, e as maquetas de mass driver da década de 1970 levavam a carga num recipiente, o «bucket», empurrado por uma fila de bobinas motoras.

As bobinas precisam de correntes muito intensas durante instantes muito curtos, e fornecê-las é a parte difícil. Uma avaria pode libertar de uma só vez a energia acumulada sob a forma de arco ou de curto-circuito, como aconteceu na demonstração de Birkeland de 1903.

História e evolução

Page apresentava a sua espingarda magnética de 1845 como um instrumento de demonstração.

Charles Grafton Page, professor de química e farmácia e examinador do Gabinete de Patentes dos Estados Unidos, estudava a atração de uma bobina sobre uma barra de ferro. Num artigo sobre um novo motor eletromagnético, publicado em 1845 no American Journal of Science, descreveu um «galvanic or magnetic gun». Bobinas de fio colocadas umas a seguir às outras formavam o cano, montado com coronha e culatra, e lançavam uma barra de ferro ao longo dele. Page apresentava-a entre instrumentos de investigação e de divertimento. Como funcionário do Gabinete de Patentes não podia patentear nada, por isso publicava as suas invenções. A mesma atração de uma bobina sobre uma barra movia os motores que construía, parentes do motor elétrico.

Kristian Birkeland, professor de física na universidade de Kristiania, a atual Oslo, desde 1898, estudava as auroras boreais e precisava de dinheiro para as suas investigações. A trabalhar com ímanes potentes, pensou num uso militar e em 1901 fundou uma empresa para desenvolver um canhão cujo projétil magnético seria impelido pelo campo de uma fila de bobinas ao longo do tubo. Patenteou o projeto. A 6 de março de 1903 fez a demonstração no antigo salão nobre da universidade, perante um público que incluía representantes dos fabricantes de armas Armstrong e Krupp; as memórias de Eyde, e vários relatos nelas baseados, indicam 6 de fevereiro. Um curto-circuito dentro do canhão produziu um clarão enorme e um ruído ensurdecedor. O projétil acertou mesmo assim no alvo de tábuas grossas, mas Birkeland não vendeu nem a patente nem um único canhão.

Os ensaios do canhão tiveram outra consequência. Birkeland tinha visto que um arco elétrico num campo magnético se espalha num disco. No início de 1903 conheceu o engenheiro Sam Eyde, que procurava um arco elétrico muito grande para obter compostos de azoto a partir do ar, e a 20 de fevereiro de 1903, ao abrigo de um acordo com Eyde, Birkeland pediu uma patente para um método baseado num arco desses. O processo Birkeland-Eyde produziu adubos a partir do ar e levou à fundação da Norsk Hydro.

O Mass Driver One, construído no MIT em 1977, empurrava um pequeno recipiente através de uma fila de bobinas motoras.

O princípio voltou na década de 1970 para um fim pacífico. O físico Gerard O’Neill propôs lançar para o espaço materiais extraídos na Lua com um mass driver, uma longa linha de bobinas que aceleram recipientes de rocha lunar. Lançar materiais de construção a partir da superfície da Terra parecia caro demais, e a fraca gravidade da Lua fazia dela uma fonte melhor. Em 1977, estudantes do Massachusetts Institute of Technology, com Henry Kolm e O’Neill, construíram uma maqueta que funcionava, o Mass Driver One, e apresentaram-na num congresso sobre fabrico no espaço, em Princeton. Seguiram-se versões maiores em Princeton e no MIT.