Las fuerzas: Gravitatoria, Electricidad y magnetismo

Transcripción

1 1 Las fuerzas: Gravitatoria, Electricidad y magnetismo La interacción del sol con los planetas, alguien que empuja un carro, al estirar un resorte vemos como se encoje, un imán atrae limaduras de hierro,al frotar un peine previamente con un paño será capaz de atraer papelitos etc En los fenómenos que nos rodean podemos observar distintos tipos de fuerzas. Pero qué es una fuerza? qué tipos de fuerza conocemos? Veremos en esta unidad las fuerzas eléctricas y magnéticas, además revisaremos que es la fuerza gravitatoria 1- QUÉ ES UNA FUERZA? Las fuerzas son interacciones entre cuerpos que modifican su movimiento o causan deformaciones. En el sistema internacional de unidades se expresa en newtons (N) Existen diferentes tipos de fuerzas, algunas son las fuerzas de contacto como lo son la fricción, la tensión, la resistencia del aire, etc., mientras que algunas son fuerzas sin contacto,a distancia, como lo son la fuerza gravitatoria, la fuerza eléctrica, la fuerza magnética y la fuerza nuclear. MEDIDA DE LAS FUERZAS La capacidad de las fuerzas para producir deformaciones en muelles elásticos se utiliza para determinar su magnitud. Se observa que al ejercer una fuerza sobe el extremo de un muelle, éste se alarga proporcionalmente a dicha fuerza. Este comportamiento se describe mediante la ley de HOOKE. F=k(L-L 0) (L-L 0) alargamiento del muelle, k constante que depende del muelle utilizado. A veces las fuerzas son capaces de modificar el movimiento de los cuerpos, variando su velocidad, es decir que adquieren cierta aceleración. La relación de la fuerza sobre un cuerpo de masa m y la aceleración que adquiere se basa en : F=m.a F :fuerza que actúa sobre un cuerpo (N) m :masa del cuerpo (kg) a :aceleración que adquiere el cuerpo (m/s 2 ) 2-LA FUERZA GRAVITATORIA Todos los cuerpos son atraídos hacia la tierra? existe algún tipo de atadura entre la Tierra y la luna?

2 2 La causa que explica las anteriores cuestiones es la misma : la fuerza gravitatoria (o fuerza de la gravedad), cuyo comportamiento fue descrito por el físico Isaac Newton en el siglo XVIII. LEY DE GRAVITACIÓN UNIVERSAL. dos masas cualesquiera m 1y m 2 situadas entre sí a una distancia d, se atraen con una fuerza F que es directamente proporcional al producto de las masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa G es la constante de gravitación universal cuyo valor es G=6, Nm 2 /kg 2 La fuerza de la gravedad es la causa de la caída de los cuerpos, del los movimientos de los astros, y de que la tierra mantenga sobre ella los distintos cuerpos. La constante de proporcionalidad entre el peso de un cuerpo y su masa se denomina aceleración de la gravedad o simplemente gravedad, y su valor es de g=9,8m/s 2. EL PESO DE UN CUERPO ES LA FUERZA GRAVITATORIA CON LA QUE LA TIERRA LO ATRAE. Para un cuerpo de masa m, su peso P, es P= m.g, se mide en newtons como cualquier otra fuerza El peso es una fuerza que ejerce la tierra sobre los objetos en su proximidad su dirección es radial con el centro de la tierra su sentido es hacia el centro de la tierra

3 3 se aplica en un punto de los cuerpos denominado centro de gravedad El peso es una fuerza variable pues depende de la distancia del objeto al planeta y de la masa del planeta La masa del traje de Neil Armstrong junto con su mochila para su caminata en la luna era de 80kg. Determina cuanto pesaban en la tierra y en la luna. M T=5, kg M L=7, kg, RADIO DE LA TIERRA R t=6, m, R luna=1, m, 3- LA FUERZA ELÉCTRICA 3.1 LA CARGA ELÉCTRICA La carga eléctrica es una propiedad de la materia. El origen de la misma es la propia naturaleza de la materia, recuerda que los átomos están constituidos por protones con carga positiva y los electrones con carga negativa. Las fuerzas que aparecen entre cuerpos que aparentemente han adquirido carga eléctrica pueden ser de atracción o de repulsión. Las cargas del mismo signo se repelen y las de signo o contrario se atraen. Busca ejemplos de fenómenos donde esté presente la electricidad estática: El electrón es la partícula que ganan o pierden los átomos, en el sistema internacional se usa como unidad de carga eléctrica el culombio que equivale a 6, electrones. Un electrón tiene una carga de -1, Culombios (C)

4 LA LEY DE COULOMB En 1785 el físico francés Charles A. Coulomb calculó la fuerza entre cargas, estableciendo la llamada Ley de Coulomb: dos cargas eléctricas q 1 y q 2 se atraen o repelen según sean de igual o distinto signo con una fuerza proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa. En el vacío el valor de K=9, Nm 2 /C COMPARACIÓN ENTRE LEY DE COULOMB Y DE NEWTON

5 5 4-MAGNETISMO E IMANES 4.1-MAGNETISMO E IMANES Los imanes son materiales capaces de atraer algunos metales como el hierro o el níquel, también ejercen fuerzas sobre otros imanes. Son conocidos desde la antigüedad y el nombre de magnetismo proviene de la región de magnesia donde se conocían minerales capaces de atraer al hierro. Pueden ser naturales como la magnetita, artificiales creados al frotar hierro o acero con magnetita o electroimanes, en los que la atracción magnética es debida a la corriente eléctrica. Características de los imanes: Tienen dos polos llamados norte y sur. Si lo partimos aparecerán dos nuevos polos. Es decir, los polos no se pueden aislar el uno del otro Polos del mismo signo se repelen y de signo distinto se atraen. Producen un campo magnético, es decir una zona del espacio donde se percibe su atracción magnética. Esta atracción se representa por líneas de campo que son las trayectorias que seguirían las partículas que resultaran atraídas por el campo magnético del imán. Los imanes pueden clasificarse en temporales y permanentes. Por ejemplo al frotar con un imán una aguja de acero, esta se transforma en imán permanente, y un clavo por el que pasa una corriente eléctrica sería un imán temporal. Cuando enrollas un material conductor atravesado por electricidad en un trozo de hiero, éste se convierte en imán, solo mientras pasa la corriente (electroimán). Algunas de las aplicaciones de los electroimanes son los de las grúas que mueven grandes cargas metálicas conectando y cortando la corriente. Otra aplicación es aparece en los aparatos de resonancia magnética nuclear (RMN), potentes electroimanes permiten diagnósticos médicos. 4.2-El CAMPO MAGNÉTICO El campo magnético es la zona que rodea a un imán, donde son perceptibles los efectos de la interacción magnética Podemos visualizar el campo creado por un imán recto solo extendiendo limaduras de hierro alrededor del mismo. Las limaduras de hierro se distribuyen siguiendo unas lineas imaginarias que denominamos lineas de campo magnético

6 6 El planeta Tierra posee un campo magnético creado por el movimiento relativo del núcleo interno respecto del núcleo externo del planeta. Los polos de este campo magnético son próximos, aunque no coinciden con los polos geográficos RELACIÓN ENTRE MAGNETISMO Y ELECTRICIDAD Las corrientes eléctricas producen campos magnéticos en su entorno, luego se comportan como imanes En 1820 el físico H.C Oersted demostró que las corrientes eléctricas generan campos magnéticos a su alrededor. EL EXPERIMENTO DE OERSTED Oersted observó que al aproximara una brújula a un circuito por el que circulaba una corriente eléctrica, la aguja de la brújula se desviaba y que volvía a su posición original cuando dejaba de circular la corriente por el circuito. También comprobó que al cambiar el sentido de la corriente, cambiaba de sentido en que se desviaba la aguja. Estos experimentos sugerían que la electricidad y el magnetismo eran manifestaciones de un mismo fenómeno. Oersted dedujo que las corrientes eléctricas creaban un campo magnético a su alrededor, es decir se comportaban como imanes. En este comportamiento están basados los electroimanes Cómo podríamos construir un electroimán? Busca información. El electromagnetismo es la parte de la electricidad que estudia la relación entre los fenómenos eléctricos y los fenómenos magnéticos

7 7 Ahora podemos preguntarnos lo contrario: PUEDEN PRODUCIR CORRIENTES ELÉCTRICAS LOS IMANES? Para contestar a esta cuestión podemos plantear la mismas experiencias que realizó Michael Faraday ( ) EL EXPERIMENTO DE FARADAY Faraday hizo pasar un imán por el interior de una bobina de un circuito eléctrico y observó que al meter y sacar el imán en la bobina, se generaba una corriente eléctrica en el circuito. Esta corriente, a la que denominó corriente inducida, cambiaba el sentido según de introdujese el imán en la bobina o se sacase de ella y su intensidad aumentaba al incrementar la velocidad del movimiento del imán. Este fenómeno se denomina inducción electromagnética: La inducción electromagnética es el fenómeno por el que un campo magnético variable origina una corriente eléctrica inducida en un circuito La corriente eléctrica inducida solo existe mientras varía el campo magnético y su intensidad es mayor cuanto más rápido se mueva el imán o la bobina LOS MOTORES ELÉCTRICOS Los motores eléctricos funcionan debido a las fuerzas entre imanes y circuitos. Es decir, funcionan debido a las fuerzas entre imanes y circuitos. Transforman la energía eléctrica en energía mecánica.

8 8 LOS GENERADORES ELÉCTRICOS El movimiento relativo entre imanes y circuitos se utiliza para producir corriente alterna o continua, por el fenómeno de la inducción de corrientes. los generadores electromagnéticos funcionan cambiando la posicion relativa entre circuitos e imanes. Transforman energía mecánica en eléctrica.