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 2)

 

(Antes de continuar es conveniente leer 

"El juego de la neocavorita1" si no se ha leído)

 

El profesor Mago había inventado en los comienzos del siglo veintiuno una sustancia extraña que bautizó, en honor a la similitud con la cavorita  de cien años ha, como neocavorita. La cavorita, descubierta por el doctor Cavor a principios del siglo XX, era una extraña aleación de metales tratados de mágica forma que apantallaba cualquier cuerpo de la atracción gravitatoria. Por eso si una masa era recubierta por ella, las fuerzas de esta clase que hacen los cuerpos materiales unos sobre otros no se percibían.

El nuevo invento fue otro material semejante que impedía que a su través se ejerciera ninguna fuerza provocada por las cargas eléctricas. Algo que el profesor hizo para facilitar el entendimiento de uno de los temas de Física a los que se asomaban a esa rama del saber por primera vez. Y como el montaje que preparó con él en el Parque de atracciones "Física divertida" fue un éxito, aprovechó las propiedades de la neocavorita para realizar otro nuevo sobre un tema de la misma Descripción: Descripción: Descripción: Descripción: Descripción: Descripción: Portadaclase que el anterior pero más complejo.

Igual que en el primero utilizó una sala con dos plantas separadas por una plancha de neocavorita. Plancha que tenía un orificio sin ella en su mitad. Arriba volvió a colocar un carril del que, suspendida de una barra, se movía una esfera que podía adquirir cargas eléctricas por frotamiento. En la barra había un dinamómetro que medía las fuerzas totales que se hacían sobre la esfera. Un sensor externo también medía la velocidad a que circulaba. Y también volvió a situar en el suelo, con  dirección paralela en todo momento al carril superior, un tubo en el que había cargas eléctricas con otra placa de neocavorita sobre él, que solo tenía un pequeño orificio sin ella. Como en el primer dispositivo, únicamente se percibían los posibles  efectos eléctricos de estas sobre la esfera durante el breve instante en que estaban unas frente a otras sobre los agujeritos sin la neocavorita por medio.

Pero añadió unos detalles a las cargas del tubo  que cambiaron el anterior experimento. El primero, que había en él la misma cantidad de cargas positivas que negativas, con unos valores idénticos de carga unas y otras. El segundo detalle, que se reveló capital para resolver el problema, fue que las cargas de un signo estaban inmóviles mientras las del otro podían moverse a lo largo del tubo en dirección paralela a la que se movía la esfera.

Los resultados eran aparentemente sorprendentes y curiosos. Cuando las cargas eran del mismo signo unas veces se repelían, como pasaba en la experiencia anterior, pero otras se atraían. Más no era el signo el único elemento para enredar las cosas, porque las fuerzas variaban con lo rápidas que iban y con los ángulos que formaban las direcciones de movimiento de las cargas. En unos casos se percibían y en otros no. La dificultad era a veces tanta que no le quedó más remedio al inventor del juego que recuperar para un caso la vieja cavorita que neutralizaba al peso y usar al mismo tiempo las dos.

Un joven estudiante que disfrutó con la experiencia en “Física divertida” hizo una presentación animada del fenómeno tal como allí podía verse, que se va a conocer a continuación. Y lo hizo porque gracias a lo descubierto acabó por entender el complicado lío que se había formado antes sobre las fuerzas electromagnéticas.

 

 

 

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 pasar de la página en pantalla a la siguiente 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 electromagnéticas

Orientación preliminar

Si en el estudio de fenómenos naturales se averigua que una magnitud depende de otras, hay que buscar la relación entre ellas.  Y si son medibles se puede hacerlo en forma de una ecuación. Pongamos un ejemplo.

 

Si se organiza una excursión y se alquila un autobús que cobra x por kilómetro recorrido y hay que recorrer s km, el coste total a pagar será x*s.  Si van n viajeros cada uno pagará esa cantidad (x*s) dividido por el número de ellos n. Llamando a ese coste cv puede calcularse por la  ecuación:

cv = (x*s)/ n

En el caso que nos ocupa se trata de averiguar de qué depende la fuerza  entre cargas eléctricas en movimiento. Y para ello se irán variando una a una las magnitudes que parece que la modifican, manteniendo constantes todas las demás, y buscando la relación cualitativa y cuantitativa entre ellas.  Luego se ensayarán relaciones matemáticas del tipo:

F=K*x  o F=K*xn  o  F=K*(1/xn) con n=1,2,3…  u otras

Siendo x la variable que cambia y K una constante que ya se conocerá.

 

Continuar

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

presentación

image005

Continuar

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Experiencias con una esfera cargada

Descripción: Descripción: Descripción: Descripción: Descripción: Descripción: image003

Para ver las experiencias pulsar aquí

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Análisis de resultados (1)

Exp.1. Las cargas del espacio del tubo sobre el que no hay neocavorita tienen idéntico valor y hay igual número de positivas que negativas. Luego la carga neta de ese espacio es cero y como se ha visto no se hacen las fuerzas electrostáticas conocidas.

 

Exp.2. Las fuerzas que hacen las cargas del tubo a las de la esfera son de otra naturaleza y aparecen si todas se mueven.

 

Las seguimos llamando de momento fuerzas eléctricas hasta que sepamos más de ellas. Y para averiguarlo haremos otras experiencias y la que acaba de concluir será la referencia de las demás por lo que la denominaremos REFERENCIA. Los valores de las magnitudes que intervienen en ella servirán para comparar los que aparezcan en las imágenes siguientes. Y se representarán por las siglas que aparecen a continuación.

 

          Velocidad cargas       Valor carga        Distancia entre ellas

Esfera            ve                         Qe                      R

Tubo             vt                         Qt                     ----

 

Volver a ver la animación o continuar

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Análisis de resultados (2)

 

Exp.1. Se observa que si las cargas de la esfera solo duplican la velocidad a que se mueven las de REFERENCIA, v’e=2*ve la fuerza también se duplica.

F`e = 2* Fe

Exp.2. Se demuestra en ella que si la esfera duplica solo el valor de la carga de REFERENCIA Q’e=2*Qe sin variar su velocidad ni su distancia al tubo, la fuerza también se duplica.

F’e = 2* Fe

Exp.3, Se observa que si las cargas  se mueven en sentido contrario a las de la esfera de REFERENCIA no se altera el valor de la fuerza ni la dirección, pero tiene sentido contrario

F’e=-Fe

 

Luego, cuantitativamente, resulta que el valor de la fuerza es directamente proporcional al valor de las cargas Qe y de la velocidad, ve.

Fe=K*ve*Qe

 

 

Volver a ver la animación o continuar

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Análisis de resultados (3)

 

Exp.1. No cambia el resultado de la fuerza ni su dirección, pero sí el sentido, que es inverso al de REFERENCIA.

 

Exp.2. Se observa que la doble carga del tubo, Q’t=2*Qt supone doble fuerza sobre la esfera.

 

Exp.3. Cuando la distancia entre la esfera y el tubo es la  mitad de la de referencia R’=R/2 sobre la esfera se hace una fuerza cuatro veces mayor que la de referencia.

 

Luego es obvio que con esos resultados, la fuerza:

a) Si las cargas cambian de signo es igual pero de sentido opuesto.

b) Es directamente proporcional al valor de las cargas Qt contenidas en el trozo del tubo que está bajo el orificio e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia.

 

Las relaciones cuantitativas entre las variables de la ecuación que antes se ha propuesto se ampliarían ahora:

Fe=K*(Qe*ve)*(Qt)/R2

 

Volver a ver la animación o continuar

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Análisis de resultados (4)

 

 

 

Exp.1. En ella se demuestra que si las cargas del tubo van a doble velocidad que en REFERENCIA, t=2*vt, la fuerza F sobre la esfera es doble.

 

Luego, la fuerza F también es directamente proporcional al valor de la velocidad de las cargas del tubo Qt.

 

La ecuación antes propuesta se escribiría ahora:

 

F=[K*(Qt*vt)/R2]*( Qe*ve)

 

 

Exp. 2 y 3. La observación indica que si las cargas del tubo se mueven en sentido contrario o si las que se mueven son las negativas se mantienen valores y direcciones de la fuerza pero se invierte el sentido.

 

 

Hasta ahora la esfera estaba siempre sobre el orificio y la línea que los une formaba 90º con el tubo,

¿qué pasa si eso no ocurre?

 

Volver a ver la animación o continuar para averiguarlo

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Relacionando ángulos y fuerzas

Descripción: Descripción: Descripción: image.jpg

Iniciar las experiencias

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Análisis de resultados

 

El valor de la fuerza en la experiencia 1 es F, en la 2 pasa a ser 0,75*F y en la 3 pasa a ser 0,5*F lo que significa que es mayor cuando el ángulo α también lo es.

 

Si se revisan los valores de las magnitudes trigonométricas, la que cumple con las condiciones anteriores, aumentar su valor con el ángulo, es el seno de este.

 

Por ello, esas relaciones saldrían si se multiplica F por el seno del ángulo en cada caso que es para 90º,1, para 48º, 0,75 y para 30º, 0,5.

 

Con lo hallado, la ecuación antes escrita que relaciona fuerza, posiciones y velocidades deberá escribirse:

 

 F=[K*(Qt*vt*sen α )/R2]*(Qe*ve)   

 

¿Cuál es la naturaleza de estas fuerzas?

Se sabe que no son las fuerzas electrostáticas.

¿Pueden tener relación con las magnéticas de los imanes?

 

 

 

Volver a ver la animación o intentar resolver la duda investigando

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Relación entre variables

 

 

Para la aplicación de las relaciones anteriores si se mide la fuerza en Newton (S.I), cuando dos cargas  Q1 y Q2 valgan 1 culombio y circulen ambas a 1 m/s en el mismo plano con ángulos entre Q1 y v1 y entre Q2 y v2 de 90º, como en las imágenes vistas, a 1 m de distancia la fuerza que Q1 hace sobre Q2 es 10-7 N. Luego las relaciones anteriores habría que escribirlas:

F=( Q2*v2)*10-7*( Q1*v1)/r2    y    B=10-7*( Q1*v1)/r2  

Usualmente se define una magnitud μ0, la permeabilidad magnética, que se relaciona con 10-7 por  μ0=4*π*10-7 por lo que esas ecuaciones se escribirían:

F*=(Q2*v2*(μ0/4*π)*(Q1*v1)/r2  y   B=*(μ0/4*π)*( Q1*v1)/r2  

Pero aquí, para facilitar las cosas, a 0/4*π)=10-7 la seguimos llamando K

 

Hasta ahora la dirección del tubo y la del carril han sido paralelas y el ángulo entre ellas y la línea en que se mide la fuerza ha sido de 90º.

¿Influye en los valores de F y B que los ángulos sean diferentes?

 

 

Para averiguarlo Continuar

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Buscando origen de las nuevas fuerzas.

 

Descripción: Descripción: Descripción: Descripción: Descripción: Descripción: RelatoMagnetismo4Ini

 

Continuar