Electroimanes

Ahora vamos a construir un electroimán, que es un tipo de imán en el que el campo magnético se produce mediante el flujo de una corriente eléctrica, desapareciendo en cuanto cesa dicha corriente.

En 1819, el físico Hans Christian Oersted descubrió que una corriente eléctrica que circula por un conductor produce un efecto magnético que puede ser detectado con la ayuda de una brújula. Basado en sus observaciones, el físico Joseph Henry inventó el electroimán en 1825. El primer electroimán era un trozo de hierro con forma de herradura envuelto por una bobina enrollada sobre él. Henry envolvió los cables por los que hizo circular la corriente de una batería. Henry podía regular su electroimán, lo que supuso el principio del uso de la energía eléctrica en máquinas útiles y controlables.-

La principal ventaja de un electroimán sobre un imán permanente es que, el campo magnético puede ser rápidamente manipulado en un amplio rango controlando la cantidad de corriente eléctrica. Sin embargo, se necesita una fuente continua de energía eléctrica para mantener el campo.

Cuando una corriente pasa por la bobina, pequeñas regiones magnéticas dentro del material, llamadas dominios magnéticos, se alinean con el campo aplicado, haciendo que la fuerza del campo magnético aumente. Si la corriente se incrementa, todos los dominios terminarán alineándose, condición que se denomina saturación. Cuando el núcleo se satura, un mayor aumento de la corriente sólo provocará un incremento relativamente pequeño del campo magnético. En algunos materiales, algunos dominios pueden realinearse por sí mismos. En este caso, parte del campo magnético original persistirá incluso después de que se retire la corriente, haciendo que el núcleo se comporte como un imán permanente. 

En aplicaciones donde no se necesita un campo magnético variable, los imanes permanentes suelen ser superiores. Además, es posible fabricar imanes permanentes que producen campos magnéticos más potentes que un electroimán de tamaño similar.

La construcción es sencilla, según puede observar en la figura.

Deberá Ud. construir un electroimán de manera tal que permita observar sus efectos magnéticos levantando una serie de materiales ferromagnéticos. Para la construcción del mismo, deberá tener en cuenta que, mientras más potente sea su electroimán, mayor será la nota obtenida. Por razones de seguridad, no podrán utilizarse tensiones eléctricas superiores a los 12 voltios.-
Aqui les dejo un video donde puede apreciar su construcción y su uso

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Video de construcción de un electroimán 

Historia del Magnetismo

Investiguen sobre HISTORIA DEL MAGNETISMO.
Es decir, momentos de la historia en los cuales el ser humano se dio cuenta de su presencia y el provecho que hizo la humanidad desde que fue descubierto hasta nuestros días.-
Les dejo unos links para que visiten y saquen conclusiones

Historia 1
Historia 2
Historia 3

Campo magnético

Un campo magnético es una región del espacio donde existen fuerzas magnéticas (fuerzas que atraen o repelen metales) o también llamado magnetismo. Un campo magnético tiene dos polos, polo Norte (N) y polo sur (S). Estos polos se encuentran en los extremos del campo. Si tenemos dos campos, sus polos opuestos hará que se atraigan y sus polos iguales hará que los dos campo se separen. El ejemplo más claro son los imanes. Los imanes a su alrededor crean un campo magnético, zona donde son atraídos ciertos metales (como el hierro).




Las líneas de campo magnético son una forma de representar este campo magnético. Los campos magnéticos pueden ser generados por imanes o por corrientes eléctricas. Las líneas nos indican lo fuerte que es el campo y hasta donde llega su acción. Cuanto más juntas estén más fuerte es el campo magnético y la superficie que ocupen estas líneas es la zona donde hay campo magnético (donde habría atracción magnética hacia los metales). Las líneas son imaginarias, pero se usan para representar el campo generado.

   Entender bien las líneas y los campos magnéticos es muy importante para el estudio de motores, generadores y en general cualquier máquina eléctrica. 

Efecto Coriolis

El efecto Coriolis, descrito en 1836 por el científico francés Gaspard Coriolis, es el efecto que se observa en un sistema de referencia en rotación cuando un cuerpo se encuentra en movimiento respecto de dicho sistema de referencia.El efecto Coriolis hace que un objeto que se mueve sobre el radio de un disco en rotación tienda a acelerarse con respecto a ese disco según si el movimiento es hacia el eje de giro o alejándose de este. Por el mismo principio, en el caso de una esfera en rotación, el movimiento de un objeto sobre los meridianos también presenta este efecto, ya que dicho movimiento reduce o incrementa la distancia respecto al eje de giro de la esfera.

Debido a que el objeto sufre una aceleración desde el punto de vista del observador en rotación, es como si para este existiera una fuerza sobre el objeto que lo acelera. A esta fuerza se le llama fuerza de Coriolis, y no es una fuerza real en el sentido de que no hay nada que la produzca. Se trata pues de una fuerza inercial o ficticia, que se introduce para explicar, desde el punto de vista del sistema en rotación, la aceleración del cuerpo, cuyo origen está en realidad, en el hecho de que el sistema de observación está rotando.

Es un fenómeno bastante extraño, pero la causa es simple: diferentes partes de la Tierra se mueven a diferentes velocidades.

Piensa en esto: La Tierra tarda 24 horas en dar una vuelta. Si te encuentras a 30 centímetros a la derecha del Polo Norte o del Polo Sur, eso significa que tardarías 24 horas en recorrer un círculo de unos 1,8 metros de circunferencia. Eso equivale a unos 0,00005 millas por hora.

Sin embargo, al descender al ecuador, las cosas son diferentes. La Tierra tarda las mismas 24 horas en dar una vuelta, pero esta vez recorremos toda la circunferencia del planeta, que tiene unos 40.000 kilómetros. Eso significa que viajas a casi 1.670 kilómetros por hora con solo estar allí.

Así que, aunque todos estemos en la Tierra, nuestra distancia al ecuador determina nuestra velocidad de avance. Cuanto más lejos estemos del ecuador, más lento nos movemos.

Vamos a analizar este concepto: 

Ahora piensa en esto: Vas en un tren a toda velocidad y adelantas a otro que va un poco más lento. Por alguna razón misteriosa, ves que hay una arco de fútbol en este tren más lento. Siempre preparado, tienes una pelota a mano y quieres hacer un tiro espectacular.

Realizas un disparo increíble directo al arco cuando estás a la par del tren más lento. Aunque tu puntería es perfecta, la pelota se desvía hacia un lado y no toca la red. Esto se debe a que el balón no solo va en dirección del arco, sino también en la dirección (y velocidad) de tu tren.

Imaginemos que estos trenes son la Tierra en diferentes latitudes y añadamos otro tren rojo. Imaginemos que los dos trenes rojos representan los trópicos norte y sur, y el tren azul, el ecuador. Los trenes rojos van más lento que el tren azul. Recuerden: cuanto más se alejan del ecuador, más lento se mueven.

Ahora pongamos nuestros trenes en un globo terráqueo real con forma de Tierra:

Aunque los trenes rojos van más despacio que el azul, dado que recorren una distancia más corta, a simple vista parecerían ir a la misma velocidad. La única manera de alcanzar el arco en el tren contrario y realizar el gol sería que la trayectoria no fuera en línea recta, sino una curva, como podemos observar el la siguiente animación.

Ahora los invito a ver un video, que tendrán que recrear con un compañero, donde experimentarán el llamado efecto Coriolis 

Video de efecto Coriolis

Supongamos que debemos viajar en un avión desde Buenos Aires hasta la ciudad de México

Como supone Ud. que sería la trayectoria del viaje?

Dibuje la misma en el mapa.-

Fuerza centripeta y "fuerza centrifuga"

Fuerza centrípeta y efecto centrífugo

Para explicar el concepto  vamos a contar un cuento.

Su título es Pepe y el colectivero loco:

 Pepe se subió en el colectivo como todas las tardes. Aquella vez, sin embargo, el conductor no era el de siempre. Esta vez era un conductor nuevo, de mediana edad, que sonreía de un modo extraño. A Pepe le produjo cierta inquietud.

Cuando faltaba poco para llegar a su parada, el colectivero entró  en una rotonda. En ese momento el conductor pisó a fondo el acelerador soltando una risotada y el colectivo comenzó a dar vueltas a la rotonda a gran velocidad: una vuelta, dos, tres . . . ¡qué locura! Era evidente que el conductor no estaba bien de la cabeza. Indiferente a los gritos de los pasajeros, continuó dando vueltas a la rotonda hasta que por fin un par de pasajeros decididos saltaron sobre él y lo redujeron mientras otro se hacía cargo del volante y trataba de frenar el vehículo.  Al final consiguieron detener el vehículo y todo quedó en un susto.  La policía no tardó en acudir.

Uno de los agentes tomó  declaración  sobre lo sucedido a Pepe y a un testigo ocular, Ana, que era estudiante de Física (y con ganas de lucir sus conocimientos), y que se encontraba inmóvil en la acera de la rotonda cuando se produjo el suceso. Para su sorpresa, la policía encontraba contradictorias las dos declaraciones y continuó interrogando a los testigos hasta que se dio cuenta de que en el fondo las dos declaraciones solo eran contradictorias en apariencia.

Estas eran:

Declaración de Pepe: Me encontraba dentro del colectivo, de pie, agarrado a una barra, cuando de pronto noté una fuerza que me arrastraba hacia la parte derecha del colectivo. Entonces, tuve que ejercer fuerza hacia la izquierda, apretando mis pies en el suelo y agarrándome a la barra, para lograr el equilibrio y permanecer quieto en mi posición.

Declaración de Ana: Me encontraba quieta en la acera cuando el colectivo comenzó a dar vueltas a la rotonda a gran velocidad. Como estudio Física, enseguida comprendí que el colectivo ejercía en los pasajeros una gran fuerza centrípeta dirigida hacia la izquierda de  colectivo, transmitida a través del suelo y las barras a las que iban agarrados, y esa fuerza les obligaba a girar alrededor de la rotonda sin remedio.

 Lo que parecía contradictorio a la policía era que, según un testigo (Pepe), la fuerza que el colectivo  transmitía a los pasajeros era dirigida hacia el costado derecho del mismos, mientras que, según el otro (Ana), el colectivo transmitía a los pasajeros una fuerza dirigida hacia el costado izquierdo. En un principio era evidente que los dos no podían decir la verdad ¿O sí?

Antes que Ud. analice el cuento, le propongo mirar el siguiente video

Video

Analicé Ud. si uno de ellos estaba equivocado o si ambos decían lo mismo pero con distintas palabras.
Investigue la definición de fuerza centrípeta y "fuerza centrifuga" y responda las siguientes preguntas, justificando su respuesta:

1) Porque existe una aceleración en el MCU si la velocidad angular y lineal permanece constante en todo momento?

2) La fuerza centrifuga existe físicamente? O es consecuencia de una propiedad física conocida?

3) La fuerza centripeta y la fuerza centrifuga, son fuerzas opuestas, según la tercera Ley de Newton (Acción / Reacción)? Justifique su respuesta en caso de ser afirmativa o negativa.-