La brújula y el compás magnético

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Leyes de Newton




Tercera ley o principio de acción y reacción





Dinámica del movimiento circular

Para describir este tipo de movimiento precisamos las componentes intrínsecas de la aceleración y las magnitudes angulares.

Movimiento circular uniforme

Este movimiento tiene las siguientes carácterísticas: — El módulo de la velocidad es constante, por lo que no existe aceleración tangencial, at . — La dirección de la velocidad varía constantemente, por lo que existe aceleración normal o centrípeta, an . En consecuencia, debe existir una fuerza resultante que produzca tal aceleración. Esta fuerza tiene la dirección normal a la trayectoria y se llama fuerza centrípeta.



Movimiento de rotación

El momento de una fuerza se define vectorialmente, por la siguiente expresión:


El momento de una fuerza F  respecto a un punto O es un vector con las siguientes carácterísticas:

Módulo


M = F∙r∙sen α

Dirección:


perpendicular al plano que forman los vectores r y F.

Sentido:


el de avance de un sacacorchos o un tornillo que girase aproximando r a F por el camino más corto (regla del sacacorchos)

Momento de inercia

La relación entre el momento de la fuerza aplicada a un cuerpo y la aceleración angular producida se expresa mediante la segunda ley de Newton para la rotación o ecuación fundamental de la dinámica de rotación:


El momento de inercia I de una partícula respecto de un eje es el producto de su masa m por el cuadrado de la distancia al eje de giro r.






Se denomina en física inercia a la resistencia que oponen los cuerpos a modificar su estado de movimiento o de quietud, ya sea para alterar su velocidad, su rumbo o para detenerse; aunque el término también aplica para las modificaciones de su estado físico.
Rotación es el movimiento de cambio de orientación de un cuerpo o un sistema de referencia de forma que una línea o un punto permanece fijo. 


Magnetismo

Entre los siglos XI y XII se extendíó el uso de la brújula en la navegación. A diferencia del uso de cuadrantes y de la observación del Sol y otras estrellas, la brújula permitía una orientación precisa incluso con muy mal tiempo. En consecuencia, este instrumento magnético facilitó los viajes por mar durante los meses nubosos de invierno y ayudó a incrementar el comercio marítimo.


Que es una brújula

Una brújula es un instrumento de orientación, el cual le permite al viajero ubicarse espacialmente respecto del norte magnético por medio de una aguja imantada. Es un instrumento fundamental para marineros, excursionistas, pilotos, cazadores, exploradores.


Fuentes del magnetismo


Un imán es un cuerpo capaz de atraer fuertemente los objetos de hierro. Las propiedades magnéticas de los imanes son conocidas desde la Antigüedad. También sabemos, desde el Siglo XIX, que las corrientes eléctricas presentan propiedades magnéticas como los imanes. Como veremos, las propiedades magnéticas de los imanes y de las corrientes eléctricas tienen un origen común: el movimiento de cargas eléctricas.

Propiedades generales de los imanes

El primer imán natural conocido fue la magnetita (tetraóxido doble de hierro(II) y dihierro(III): Fe3 O4 ), un mineral bastante común en la regíón de Magnesia (Asía Menor). Según la tradición, fue descubierto por un pastor al acercar la punta de hierro de su bastón a una piedra de magnetita y comprobar cómo éste era atraído.

El polo norte del imán se orienta hacia el Norte geográfico de la Tierra y el polo sur del imán, hacia el Sur geográfico. Si acercamos dos imanes distintos, observamos que polos de igual tipo se repelen y que polos de diferente tipo se atraen.


Estudio del campo magnético

El campo magnético es la perturbación que un imán o una corriente eléctrica producen en el espacio que los rodea.

Descripción del campo magnético

• Es proporcional al valor de la carga, |q| •

Es perpendicular a la velocidad v.
• Su módulo depende de la dirección de la velocidad: si el vector v tiene una cierta dirección, la fuerza magnética es nula; si el vector v es perpendicular a la dirección anterior, la fuerza magnética es máxima.

— Su dirección es la del movimiento de las cargas sobre las que la fuerza magnética es nula.

— Su sentido se determina mediante la regla de la mano derecha. Esta regla es aplicable a cargas positivas. Si la carga es negativa, la fuerza actúa en la misma dirección pero en sentido contrario

— Su módulo es 






Representación del campo magnético

— En cada punto del espacio el vector inducción magnética, B, es tangente a las líneas de inducción y tiene el mismo sentido que éstas.

— La densidad de las líneas de inducción magnética en una regíón es proporcional al módulo de B en dicha regíón. Esto es, el campo magnético es más intenso en las regiones donde las líneas de inducción están más juntas.

 Las líneas de inducción no tienen principio ni fin, pues son líneas cerradas. Así, en un imán, las líneas de inducción salen del polo norte del imán, recorren el espacio exterior, entran por el polo sur y continúan por el interior del imán hasta su polo norte.

— Las líneas de inducción no nos indican la dirección de las fuerzas magnéticas. Recuerda que estas fuerzas son siempre perpendiculares a B.




Fuentes del campo magnético

La mayor parte de los campos magnéticos utilizados en la industria y en los laboratorios son creados por corrientes eléctricas que circulan a través de una bobina. En este apartado veremos cómo determinar el campo magnético creado por diferentes corrientes eléctricas.

Campo magnético creado por un elemento de corriente: ley de Biot y Savart

Para poder describir circuitos de distinta forma, asignamos a dl un carácter vectorial: es un vector con la dirección y el sentido de la intensidad de corriente en el elemento de conductor. Llamamos elemento de corriente al producto Idl.

El campo magnético dB creado por un elemento de corriente Idl en un punto P del espacio viene dado por la ley de Biot y Savart:

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