APARATO 3. FUERZA SOBRE UN ALAMBRE CON CORRIENTE.
Inspiración.
En primer lugar la inspiración viene de los equipos tradicionales para demostrar la fuerza sobre un alambre con corriente en presencia de un campo magnético, como el que se muestra a continuación..
Fuerza sobre un alambre con corriente en un campo magnético
Procedimiento. Cuelgue un cable de tal manera que pase entre los polos del imán de herradura en su punto más bajo. Conecte el interruptor a la batería y a la base del poste a la que está conectado el cable colgando. Dependiendo de la orientación del imán y de la dirección de la corriente en el alambre, cuando se cierra el interruptor el cable o bien se aleja del imán o es aspirado hacia él.
Equipo:
• Batería de 12 V.
• Soportes para el cable.
• Gran imán de herradura
En segudo lugar el problema clásico del riel electromagnético
El Riel electromagnético
El Riel electromagnético consiste de una barra cilíndrica conductora de masa m sobre dos carriles conductores laminares horizontales paralelos separados una distancia L. Una fuente de poder hace circular una corriente I por los rieles y la barra A de la distancia para atravesar los carriles y la barra. Se mantiene un campo magnético vertical uniforme B.
Fuerza sobre un alambre recto.
La fuerza sobre un alambre recto por el que circula una corriente I y se encuentra en presencia de un campo magnético B como el mostrado en la figura siguiente.
La fuerza es
El sentido de la fuerza se encuentra por medio de la regla de la mano derecha.
Cálculo de la velocidad.
¿Si la barra está inicialmente en reposo, cuál será la velocidad después de que haya movido una distancia x?
La velocidad de la barra después de haber recorrido una distancia x:
Modelo
La fotografía siguiente muestra claramente las características del dispositivo.
Dos rieles de cobre se montan en el lado de una base de material aislante (en este caso se usó madera).
Imanes circulares de cerámica (los usados en altoparlantes) pegados sobre la base con el mismo polo hacia arriba. El alambre conductor de la corriente es substituido por un tubo pequeño de metal ligero que pueda rodar en los dos carriles. El cobre, el aluminio, y el bronce son los más convenientes.
El experimento.
Colocar el tubo del metal en los carriles sobre los imanes. Cerciorarte de que los carriles estén nivelados de tal modo que el tubo no ruede. Cerrar un interruptor entre la fuente de alimentación (o la batería) y los dos carriles. El tubo rodará inmediatamente alejándose. La dirección por supuesto dependerá de la dirección del campo magnético del imán de cerámica y de la dirección de la corriente aplicada. Se debe tener presente que el circuito tiene resistencia muy pequeña y por lo tanto que las corrientes serán de muchos amperios. Por lo tanto, se recomienda una batería o una fuente de alimentación de alta potencia 10A
Nota: tener a mano lija fina equivalente para hacer un pulimento ocasional para mejorar los contactos eléctricos.
CONCLUSIÓN.
Se ha logrado construir tres aparatos con elementos de bajo costo, muy ilustrativos de fenómenos físicos de difícil visualización y de esta manera también se ha llegado a conseguir demostraciones a la medida de las clases que realiza cada profesor. También estos experimentos son repetibles y siempre verifican los fenómenos. Así mismo despiertan en el alumno la creatividad que inspira a la busqueda de otros usos para el mismo equipo.
Las demostraciones con los equipos creados van desde lo más simple y de explicación directa como en el primer caso a lo muy elaborado y de explicación compleja como es el caso de las oscilaciones mixtas. En el tercer caso se puede demostrar en poco tiempo de una manera clara con elementos muy simples la conversión de la energía eléctrica en energía mecánica.
En general se puede decir que el equipo desarrollado en esta forma cumple con ser una eficaz ayuda con las condiciones necesarias como son:
Las demostraciones son una parte integral del proceso de enseñanza aprendizaje de la física. Una buena demostración experimento puede dar hermosa y sorprendente confirmación de un principio físico en discusión. Además aclara conceptos difíciles convirtiéndose en eficaz instrumento de enseñanza para ayudar a la comprensión dentro de la ayuda al alumno. Además, se pueden utilizar como un eficaz instrumento de enseñanza para ayudar a la comprensión del alumno.
En particular, se presta atención a los experimentos que tienen la capacidad de impresionar al alumno, que sean nuevos, o aquellos en los que el resultado final parece controversial.
Todos estos aparatos fueron construidos con elementos de bajo costo que se encuentran en nuestro medio y sin destreza especial que la que pueda tener un estudiante o profesor común.
REFERENCIAS.
SUTTON, R. M. (2003). Demonstration experiments in physics. American Association of Physics Teachers: College Park, MD.
EDGE, R. D. (1987). String and sticky tape experiments. American Association of
Physics Teachers: College Park, MD.
FREIER, G. D. AND ANDERSON, F. J. (1996). A demonstration handbook for physics
(3rd Ed.). American Association of Physics Teachers: College Park, MD.
DANIEL KLEPPNER & ROBERT KOLENKOW. (2007) An introduction to MECHANICS. The McGraw Hill companies.
HUGO MEDINA GUZMÁN, La fricción y el oscilador armónico, Departamento de Ciencias, Pontificia Universidad Católica del Perú
DONALD SIMANEK . Physics Lecture Demonstrations, with some problems and puzzles, too.(http://www.lhup.edu/~dsimanek/scenario/demos.htm)
HUGO MEDINA GUZMÁN, El problema del metrónomo, Departamento de Ciencias, Pontificia Universidad Católica del Perú
HUGO MEDINA GUZMÁN. Demostraciones para la enseñanza de la Física usando imanes. Ganador del “Premio a la Investigación. PUCP 2003”
HUGO MEDINA GUZMÁN. Física 3. Apuntes enviados para su publicación.
H. JOACHIM SCHLICHTING / CHRISTIAN UCKE. Der einfachste Elektromotor der Welt | Phys. Unserer Zeit Nr. 6 |35. Jahrgang. 2004
SEÁN STEWART, Force on a Current-Carrying Wire The Petroleum Institute, Abu Dhabi, United Arab Emirates.
CHRISTOPHER CHIAVERINA, “The simplest motor?” Phys.Tteach. 42, 553 (December 2004).
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