La Física y el cuento

(Física y Literatura no están reñidas. Por eso un cuento puede ayudar a comprender algunos conceptos físicos)

 

 

 

El juego de la neocavorita (Episodio 1)

 

 

El profesor Mago inventó en los comienzos del siglo veintiuno una sustancia extraña que bautizó como neocavorita. Se trataba de un nuevo material inspirado en la cavorita del doctor Cavor aparecida cien años ha. Aquella era una extraña aleación de metales tratados de especial forma que apantallaba cualquier cuerpo de la atracción gravitatoria. Por ello si una masa era recubierta por ella, las fuerzas gravitacionales que hacen los cuerpos unos sobre otros desaparecían.

El nuevo invento es otro material semejante que impide que a su través se ejerza ninguna fuerza que esté provocada por las cargas eléctricas. El profesor se lo propuso para facilitar un acceso atractivo a dos difíciles temas de Física a los estudiantes de esta materia. Y tras mucho tiempo de investigación por fin lo ha conseguido y ha montado un laboratorio especial en el Parque de atracciones "Física divertida".

En él hay una sala con dos plantas separadas por una plancha de neocavorita. En la planta superior hay una esfera, que se puede cargar eléctricamente por frotamiento, suspendida de un carril horizontal por un dinamómetro. El conjunto se desliza en línea recta. En la parte más baja de la planta inferior existe un tubo que contiene cuerpos también cargados eléctricamente y parados, un tubo siempre paralelo al carril de arriba y por ello a la misma distancia de él en todo momento. Sobre ese tubo también hay una plancha de neocavorita. La esfera puede perder altura por lo que la distancia con el tubo puede variar y ser image001medida.

La clave del montaje reside en que en un punto de la plancha superior debajo del carril por el que circula la esfera. hay un orificio en el que no existe neocavorita.   Y en otro punto de la inferior que está exactamente debajo del orificio anterior hay también un pequeño trozo sin ese material. Por ello  cuando la esfera pasa por encima de esos dos lugares, que pueden ser considerados como puntuales, se notan las fuerzas que hacen las cargas del tubo que asoman por el orificio del piso inferior sobre las de la esfera. Fuerzas que no se perciben en ningún otro punto.

Para darle más vistosidad al invento, los observadores del suceso ven siempre unas flechas luminosas de diferentes colores dibujadas sobre la esfera en movimiento, que representan la fuerza medida por el dinamómetro del que cuelga en cada momento. Cuando solo es el peso el que actúa aparece en color azul, pero si además hay fuerzas de otra naturaleza el dinamómetro muestra la fuerza suma de todas ellas en color violeta. Como el peso siempre está actuando, si al pasar sobre los orificios  milagreros no se ve, eso significa que alguna otra fuerza lo neutraliza.

La esfera está cargada con cargas positivas salvo en una experiencia. En cuanto al tubo inferior también está cargado con cargas inmóviles siempre positivas.

En ningún momento aparecen los valores numéricos de las fuerzas, pero pueden calcularse comparándolas con el peso del cuerpo ya que pueden ser dobles, la mitad, cuádruples… Y tampoco se dan cifras de velocidades y distancias, pero se avisa de la magnitud de los cambios relativos que puedan experimentar.

En imágenes sucesivas se va a ver una reproducción de todos los sucesos que ocurren en la nueva sección del laboratorio de “Física divertida”

 

 

El doctor Cavor es un personaje de la novela "De la Tierra a  la Luna", escrita en los inicios del siglo XX por H.G. Wells. Un personaje que había descubierto un material que impedía que pasara a su través la fuerza gravitatoria. Es decir que ningún cuerpo era atraído por otro si entre ambos existía una placa de cavorita.

Para continuar pulsar en palabras en rojo como continuar o en la misma imagen si se ve en ella el signo

 

 

  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Parque de atracciones FISICA DIVERTIDA

Las fuerzas eléctricas

Orientación preliminar

Cuando en el estudio de fenómenos naturales se supone primero y se comprueba después que una magnitud depende de otras, hay que encontrar el tipo de relación existente entre ellas.  Y si son magnitudes medibles, la ecuación matemática que las relaciona. Un ejemplo:

 

El importe I a pagar por la compra de varios libros iguales depende de dos cosas. Una, el número de ejemplares y otra el precio de cada uno. Si el precio es C y el número es N el importe I se halla por la ecuación:

I = C * N

En el caso que nos ocupa se trata de averiguar de qué depende la fuerza  F entre las cargas eléctricas. Y para ello se van a ir variando una a una las magnitudes que se piensa que la modifican, manteniendo todas las demás constantes, y buscando primero la relación cualitativa y después la cuantitativa entre ellas.  Luego se ensaya una relación del tipo:

F=K*xn

x será la única variable que cambia, n la potencia a que x pueda estar elevada y  K el valor de la fuerza hecha sobre la unidad de esa variable.

 

Continuar

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

presentación

image005

Para ver las experiencias pulsar aquí

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Experiencias

image003

Para ver las experiencias pulsar aquí

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Análisis de resultados (1)

En la primera parte, con la carga Qe la fuerza F es nula lo que supone que existe una fuerza eléctrica repulsiva Fe, dirigida hacia arriba que es igual al peso y este es anulado.

Luego Fe=Fp

En la segunda parte, cuando la carga tiene un valor doble que el anterior 2*Qe, el dinamómetro marca un valor igual al peso, pero de sentido contrario. Luego la fuerza eléctrica también es repulsiva y no ha variado ni dirección ni sentido pero debe ser doble que antes:

Fe=2*Fp

La conclusión es que la fuerza es directamente proporcional al valor de la carga de “C”. Como solo ha variado ese valor, siendo K una constante que depende de otras magnitudes aun no estudiadas que afecten al caso, se podría escribir que:

Fe=K*Qe

 

Volver a ver la animación o pasar a la experiencia siguiente

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Análisis de resultados (2)

 

En la primera parte, ocurre como antes que sobre la carga Qe  la fuerza F es nula aunque se encuentre en reposo, lo que supone que también existe una fuerza eléctrica repulsiva Fe igual al peso y este es anulado.

Luego sigue siendo:   Fe=Fp

 

En la segunda parte solo ha variado la distancia entre esfera y tubo que ha pasado de ser R a ser R/2. La fuerza medida F es tres veces el peso por lo que al tener sentidos contrarios Fe resulta ser 4*Fp de forma que

 

 F=Fe-Fp=4*Fp-Fp=3*Fp.

 

Ello supone que a mitad de distancia hay una fuerza cuatro veces mayor.

La conclusión es que la fuerza es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia R. Por ello la expresión anterior Fe=K*Qe, con otro valor de la constante, resultaría ser:

 

Fe=K’*Qe/R2

 

Volver a ver la animación o pasar a la experiencia siguiente.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Análisis de resultados (3)

 

En la primera parte otra vez con la carga Qe  en la esfera y Qt en el tubo la fuerza F es nula. Igual pasa en la segunda parte pese a tener otra naturaleza y otra masa. Luego de nuevo:    Fe=Fp

 

En la tercera parte solo ha variado la carga del tubo frente al orificio, que ha pasado de ser Qt a ser 2*Qt. La fuerza medida F es igual al peso por lo que al tener sentidos contrarios, Fe resulta ser 2*Fp de forma que se cumple:

F=Fe-Fp=2*Fp-Fp=Fp.

 

La conclusión es que la fuerza no depende de la masa y naturaleza y es directamente proporcional al valor de las cargas Qt del tubo. Por ello la expresión anterior Fe=K*Qe/R2, con otro valor de la constante K”, resultaría ser:

 

Fe=K’’*(Qe*Qt)/R2

 

Volver a ver la animación o pasar a la experiencia siguiente

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Análisis de resultados (4)

 

De nuevo en la primera parte con la carga Qe  la fuerza F es nula lo que supone que existe una fuerza eléctrica repulsiva Fe igual al peso y este es anulado.

 

Luego sigue siendo:   Fe=Fp

 

En la segunda parte no ha variado el valor de la fuerza pero se ha invertido el sentido de esta que ahora es hacia abajo

Ello lleva a la conclusión de que:

 

 Las cargas de igual signo se repelen y las del mismo signo se atraen.

En la tercera parte ocurre exactamente lo mismo que en la primera, por lo que la segunda conclusión es que:

 

 La velocidad del movimiento de la carga no afecta a la fuerza que se hace sobre ella.

 

 

Continuar

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Análisis de resultados (5)

 

Se ha visto que si las cargas del tubo están inmóviles a sus efectos sobre las de la esfera no les afecta que estas estén en reposo o movimiento

 En consecuencia, la fuerza eléctrica Fe entre cargas solo es

directamente proporcional a los valores de las cargas Qe de la esfera y

Qt contenidas en el trozo del tubo que está debajo del orificio, e

inversamente proporcional al cuadrado de “R”, la distancia  que las separa.

Como no hay más variables que intervengan en el proceso, la relación matemática entre unas y otras  sería:

Fe=(Qe*Qt)/R2

 

Esta relación se encontró sin agentes mágicos, pero tras un laborioso trabajo experimental muy semejante al presentado, a finales del siglo XVIII. Su autor fue el físico francés C.A. Coulomb y hoy se conoce, en honor suyo,  como “Ley de Coulomb

 

Continuar

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Aplicación de la ley

 

La aplicación de esta ley a casos prácticos exige una matización.

 

Las únicas variables que intervienen para cargas Q y Q’ separadas por una distancia R son los valores numéricos de cada una y la distancia.

Por ello una carga de 1 culombio, situada a 1 m de otra igual debe hacer sobre ella una fuerza unidad. Cuyo sentido depende del signo de ellas.

Atractivo si son de distinto signo y repulsivo si son del mismo.

Pero si se quiere usar para medir las fuerzas una unidad definida por otra relación matemática, hay que averiguar el valor de la fuerza en esa unidad cuando Q  y Q’ valen 1 culombio y se hallan a 1 m de distancia.

La unidad del S.I para medir la fuerza es el Newton (N), fuerza que hay que hacer para que una masa de 1 Kg adquiera una aceleración de 1 m/s2. 

Y la experiencia dice que 1 culombio situado a 1 m de otro culombio hace una fuerza sobre él de 9*109 N por lo que la relación se escribirá así:

 

Fe=9*109*(Q*Q’)/R2

 

Continuar

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Campo electrostático

Lo estudiado es aplicable a las acciones de cualquier carga eléctrica estática sobre otras cargas que se encuentren cerca. Y al fenómeno de atracciones y repulsiones que se da en el espacio, motivado por la presencia de esa carga y que afecta a las de su entorno se le llama:

Campo electrostático

 Resulta en ocasiones conveniente utilizar una variante de la ecuación de Coulomb que es la llamada

Intensidad de campo electrostático en un punto

Que se define como la fuerza que una carga Q ejerce sobre otra carga unidad situada en un punto distante R de ella. 

Esa magnitud se suele representar por E, se mide en N/C y aplicando la ley de Coulomb se escribiría:

E=9*109*(Q)/R2

La dirección del vector E es la de la línea que une las cargas

Concluir

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Justificando denominaciones

 

Se ha usado antes el vocablo electrostático que requiere una justificación. Las fuerzas que se acaban de estudiar las generan las cargas eléctricas tanto

si  están inmóviles como si se están moviendo.

 

Pero además de esas fuerzas generan otras diferentes 

solo cuando todas están en movimiento

     fuerzas que se presentarán en otro cuento.

 

Por eso, para distinguir las fuerzas estudiadas de estas otras, la parte de la Física que estudia solo las que se acaban de conocer y cuantificar se conoce como:

 

ELECTROSTÁTICA

 

Para leer de nuevo el cuento pulsar en cuento.

Y en Estudiar Física  para entrar en la página inicial de esta Web.