FÍSICA Semana N° 14
Magnetismo P2
Se aborda el tema de la semana número 14, que se centra en el magnetismo. El objetivo es complementar lo que los estudiantes han aprendido la semana anterior sobre el campo magnético generado por imanes o corrientes eléctricas. En esta ocasión, se explorarán las interacciones magnéticas que surgen a partir de este campo magnético y cómo se representan mediante fuerzas magnéticas.
El profesor comienza explicando que un campo magnético puede existir en cualquier dirección. Para ilustrar esto, se muestra un campo magnético dirigido hacia la derecha. Se destaca que una partícula cargada, ya sea positiva o negativa, puede ingresar a este campo magnético. A continuación, se analiza qué sucede cuando una partícula cargada entra en este campo.
Se observa que la partícula cargada, representada en la transcripción como una partícula estacionaria, ingresa al campo magnético con cierta velocidad, formando un ángulo entre la velocidad y el campo magnético. El análisis se divide en dos casos: partículas cargadas positivas y partículas cargadas negativas.
En el caso de las partículas cargadas positivas, se explica que cuando ingresan a un campo magnético externo, comienzan a desviarse debido a la aparición de una fuerza magnética sobre ellas. Se utiliza la regla de la mano derecha para representar la dirección de la fuerza magnética, indicando que apunta hacia arriba en este caso.
Para ilustrar visualmente la situación, se realiza un gráfico donde se representan las tres cantidades vectoriales: campo magnético, velocidad y fuerza magnética. Se destaca que la fuerza magnética siempre forma un ángulo de 90 grados con la velocidad y también con el campo magnético.
En el caso de las partículas cargadas negativas, se explica que el análisis es similar, pero la dirección de la fuerza magnética es opuesta, apuntando hacia abajo. Nuevamente, se utiliza la regla de la mano derecha para determinar la dirección de la fuerza.
Se enfatiza que tanto en el caso de las partículas cargadas positivas como en el caso de las negativas, la fuerza magnética siempre forma un ángulo de 90 grados tanto con la velocidad como con el campo magnético.
A continuación, se aborda el valor de la fuerza magnética. Se establece que la fuerza magnética es igual al producto de la carga, la velocidad y el campo magnético externo, todo multiplicado por el seno del ángulo que forma el campo con la velocidad. Se destaca que el valor de la fuerza magnética depende del ángulo y que pueden existir valores máximos y mínimos.
Se analizan dos casos extremos: cuando el ángulo es cero grados y cuando es 90 grados. Cuando el ángulo es cero grados, el seno del ángulo es cero y, por lo tanto, la fuerza magnética es cero. En contraste, cuando el ángulo es 90 grados, el seno del ángulo es uno, lo que resulta en la máxima fuerza magnética posible.
El profesor enfatiza que es importante recordar esta relación y que es posible que se les solicite calcular el valor de la fuerza máxima en algún momento, que se calcula multiplicando la carga, la velocidad y el campo magnético externo.
En resumen, se ha aprendido que cuando una partícula cargada ingresa a un campo magnético, se genera una fuerza magnética sobre ella, cuya dirección se determina utilizando la regla de la mano derecha. Además, se ha analizado cómo el valor de la fuerza magnética depende del ángulo que forma el campo con la velocidad, con valores máximos cuando el ángulo es de 90 grados. También se destaca que la fuerza magnética siempre forma ángulos de 90 grados tanto con la velocidad como con el campo magnético.
Continuaremos analizando la trayectoria que sigue una partícula cargada cuando se encuentra dentro de un campo magnético. Es importante tener en cuenta que en este caso no consideraremos la fuerza gravitatoria, ya que las partículas son muy pequeñas y su masa es insignificante en comparación con la fuerza magnética que estudiaremos.
Cuando una partícula cargada ingresa a un campo magnético, generará una trayectoria circular. Para visualizar esto, imaginemos que representamos el campo magnético con flechas que indican su dirección. En este caso, utilizaremos una flecha entrante para representar el campo magnético. Si la partícula que ingresa es positiva, su velocidad estará dirigida hacia la izquierda. La fuerza magnética que actúa sobre la partícula estará dirigida hacia abajo, como determinamos utilizando la regla de la mano derecha. Debido a la interacción entre la velocidad y la fuerza magnética, la partícula cambiará su trayectoria y seguirá una trayectoria curvilínea.
Este cambio en la trayectoria se repite a medida que la partícula avanza en el campo magnético. En cada punto, analizamos la dirección de la velocidad y la fuerza magnética. Si la velocidad es hacia abajo y el campo es entrante, la fuerza magnética estará dirigida hacia la derecha, lo que resultará en una nueva desviación en la trayectoria. Este proceso se repite, generando una trayectoria curvilínea en forma de círculos concéntricos.
Es importante destacar que la fuerza magnética siempre apunta hacia el centro de la trayectoria circular. Esta fuerza se conoce como fuerza centrípeta, que es la fuerza necesaria para mantener una partícula en una trayectoria circular. En este caso, la fuerza magnética actúa como la fuerza centrípeta.
Podemos calcular la magnitud de la fuerza magnética utilizando la siguiente fórmula: fuerza magnética = carga * velocidad * campo magnético * seno(ángulo). En este caso, dado que la velocidad y el campo magnético forman un ángulo de 90 grados, el valor del seno es 1, lo que resulta en una fuerza magnética máxima.
Además, recordemos que la aceleración centrípeta se puede calcular como la rapidez al cuadrado dividida por el radio de giro. Esta relación nos permite despejar el radio de giro de la trayectoria circular, obteniendo la siguiente fórmula: radio de giro = masa * rapidez / (carga * campo magnético).
En problemas específicos, podemos utilizar la relación radio de giro = masa * rapidez / (carga * campo magnético) directamente para calcular el radio de la trayectoria circular.
En lecciones futuras, exploraremos cómo la presencia de múltiples cargas y el flujo de corriente eléctrica afectan las trayectorias de las partículas en campos magnéticos.
Aprende sobre las interacciones entre las cargas eléctricas en movimiento y los campos magnéticos en esta lección. Descubre cómo se genera la corriente eléctrica en un conductor y cómo esta interacciona con un campo magnético. Aprenderás a determinar la dirección y la magnitud de la fuerza magnética utilizando la regla de la mano derecha. Además, te enseñaremos la fórmula para calcular la fuerza magnética en un conductor lineal y cómo esta varía en función del valor del campo, la corriente, la longitud y el ángulo formado.
En esta lección de física, exploraremos el comportamiento de las cargas eléctricas en movimiento y su interacción con campos magnéticos. Cuando hay muchas cargas en movimiento en un conductor, se genera una corriente eléctrica. Si colocamos este conductor en un campo magnético, se forma un ángulo entre la corriente y el campo. En esta situación, se genera una fuerza magnética debido al flujo de cargas en movimiento. La dirección de esta fuerza se determina utilizando la regla de la mano derecha.
La fuerza magnética resultante dependerá del valor del campo magnético, la corriente eléctrica y la longitud del conductor. Además, el ángulo formado entre la corriente y el campo también influirá en la magnitud de la fuerza magnética. Para un conductor lineal, la fórmula para calcular la fuerza magnética es el producto del campo magnético, la corriente eléctrica, la longitud del conductor y el seno del ángulo.
Si el ángulo es cero grados, la fuerza magnética será cero, mientras que si el ángulo es de 90 grados, la fuerza magnética será máxima. En los problemas que analizaremos a continuación, aplicaremos estas fórmulas para calcular la fuerza magnética en diferentes situaciones, tanto en conductores individuales como en líneas conductoras.
Ejercicios de Física Semana 14
Se presentan dos problemas de física. En el primer problema, se solicita determinar la magnitud de la fuerza magnética sobre una partícula cargada que se mueve a una velocidad constante en un campo magnético uniforme. Se utiliza la regla de la mano derecha y se aplican las fórmulas pertinentes para calcular el valor de la fuerza magnética, obteniendo una respuesta aproximada de 0.3 Newton.
En el segundo problema, se presenta una figura que muestra un campo magnético uniforme perpendicular al plano del papel. Se plantea una proposición sobre el tipo de partículas atómicas que ingresan a la región del campo magnético y se debe determinar su veracidad. Se utiliza el conocimiento de que las partículas cargadas generan una fuerza magnética en un campo magnético, mientras que las partículas neutras no se desvían. Al analizar las trayectorias de las partículas en la figura, se concluye que la partícula A es un protón (verdadero), la partícula B es un neutrón (verdadero) y la partícula C es un electrón (falso). La respuesta correcta se encuentra en la opción E.
Se abordan dos problemas. El problema 5 trata sobre la determinación del radio de la trayectoria semicircular de un protón en presencia de un campo magnético. Se utiliza la fórmula del radio de una trayectoria circular para partículas cargadas y se resuelve con los valores proporcionados en el enunciado. La respuesta obtenida es de 40 centímetros.
El problema 8 se centra en una barra conductora en equilibrio bajo la influencia de un campo magnético. Se plantean las fuerzas involucradas, como la fuerza de gravedad, la fuerza magnética y la fuerza de reacción normal. Se utiliza el concepto de suma vectorial de fuerzas y se dibuja un triángulo para analizar los ángulos. La corriente eléctrica se calcula a partir de la fuerza magnética y se utiliza para determinar la fuerza electromotriz (fem) necesaria para mantener la barra en reposo, obteniendo un valor de 12 voltios.
Se abordan tres problemas de física relacionados con el campo magnético, la fuerza magnética y la corriente eléctrica. En el primer problema, se plantea una partícula que se mueve horizontalmente dentro de un campo magnético uniforme. Se analiza la fuerza de gravedad y se determina la magnitud del campo magnético necesario para compensarla. Se realiza un cálculo utilizando las ecuaciones de fuerza magnética y gravedad, y se obtiene el valor del campo magnético.
En el segundo problema, se presenta una partícula cargada moviéndose en una trayectoria circular dentro de un campo magnético uniforme. Se pide determinar el tiempo que tarda en efectuar dos vueltas completas. Se establece la relación entre la cantidad de vueltas y el ángulo barrido, y se utiliza la velocidad angular para calcular el tiempo requerido.
En el tercer problema, se aborda un conductor recto y largo en reposo situado en un campo magnético uniforme. Se menciona el peso del conductor por unidad de longitud y se solicita determinar la intensidad de la corriente que circula por él. Se analizan las fuerzas magnética y gravitatoria, se igualan y se obtiene la expresión para la corriente eléctrica en función de los datos proporcionados.
