Fuerza Magnética
Summary
TLDREn esta clase educativa sobre física, el instructor explica detalladamente la fuerza magnética y cómo calcularla utilizando la teoría atómica y el comportamiento de las partículas cargadas como electrones y protones en un campo magnético. Mediante ejemplos prácticos, se aborda la importancia de la regla de la mano derecha para determinar la dirección de la fuerza magnética, además de ejercicios específicos para calcular la velocidad de un protón en presencia del campo magnético de la tierra. Finalmente, se recalca la importancia de las cifras significativas en los cálculos físicos, haciendo de esta una clase integral y educativa.
Takeaways
- 🧲 La fuerza magnética es una magnitud física importante en el estudio del magnetismo.
- 👨🏫 Recordar la teoría atómica y el comportamiento del electrón alrededor del núcleo atómico es fundamental.
- ⚡ El electrón tiene una carga eléctrica negativa, lo cual es crucial para entender la fuerza magnética.
- 📏 El campo magnético es un vector que se representa con la letra B y se mide en teslas (T).
- 🔵 La fuerza magnética (F) que experimenta una carga en un campo magnético se calcula como F = q(v × B), donde q es la carga, v la velocidad y B el campo magnético.
- ↕️ La fuerza magnética es máxima cuando la velocidad y el campo magnético son perpendiculares y cero cuando son paralelos.
- 👉 La dirección de la fuerza magnética se determina usando la regla de la mano derecha, que indica el sentido de la fuerza en función de la orientación de los vectores velocidad y campo magnético.
- 📚 Un ejercicio práctico involucra un protón que se mueve hacia el este y experimenta una fuerza hacia arriba debido al campo magnético terrestre.
- La solución del ejercicio muestra cómo aplicar la fórmula de la fuerza magnética y cómo utilizar la regla de la mano derecha para encontrar la dirección de la fuerza.
- 🔢 La importancia de las cifras significativas y el uso adecuado de la calculadora en física para obtener resultados precisos.
- 📐 La fuerza magnética en un electrón tendría el mismo módulo pero en una dirección opuesta a la de un protón debido a su carga eléctrica negativa.
Q & A
¿Qué es la carga eléctrica del electrón?
-La carga eléctrica del electrón es de menos 1.60 por diez a la menos 19 coulombs (-1.60 x 10^-19 C).
¿Cómo se identifica el campo magnético?
-El campo magnético se identifica con la letra B en mayúscula y se caracteriza por tener una dirección, lo que lo hace un vector.
¿Cuál es la unidad de medida para el campo magnético?
-La unidad de medida para el campo magnético es el tesla, que se abrevia con una T en mayúscula.
¿Cómo se calcula la fuerza magnética que experimenta una partícula cargada en un campo magnético?
-La fuerza magnética se calcula a través de la fórmula F = q(v × B), donde F es la fuerza magnética, q es la carga de la partícula, v es el vector velocidad de la partícula, y B es el vector campo magnético.
¿Qué sucede si la velocidad de una partícula cargada y el campo magnético son perpendiculares?
-Si la velocidad de una partícula cargada y el campo magnético son perpendiculares, se obtiene la fuerza magnética máxima.
¿Cómo se determina la dirección de la fuerza magnética usando la regla de la mano derecha?
-Para determinar la dirección de la fuerza magnética con la regla de la mano derecha, se coloca la mano derecha con el pulgar extendido en la dirección de la velocidad v, luego se cierra el puño en la dirección del campo magnético B; la dirección en que apunta el dedo pulgar indica la dirección de la fuerza magnética.
¿Cómo se resuelve el ejercicio donde un protón se mueve hacia el este y experimenta una fuerza de 8.8 x 10^-19 N hacia arriba debido al campo magnético de la Tierra?
-Se utiliza la fórmula F = q(v × B), sustituyendo los valores conocidos de la fuerza F, la carga eléctrica q del protón, y el campo magnético B, para encontrar la magnitud de la velocidad v de la partícula.
¿Cuál es la magnitud del campo magnético de la Tierra en el punto del ejercicio?
-La magnitud del campo magnético de la Tierra en el punto del ejercicio es de 5.5 x 10^-5 teslas hacia el norte.
¿Cómo se convierte el resultado de la velocidad en notación científica?
-El resultado de la velocidad se convierte en notación científica escribiendo el número en su forma más reducida y multiplicando por 10 elevado a la potencia correspondiente a desplazar el decimal a la posición correcta.
¿Qué es la regla de las cifras significativas y cómo se aplica en el ejercicio?
-La regla de las cifras significativas establece que el número de cifras significativas en un resultado debe ser igual o menor que el menor número de cifras significativas de los datos originales utilizados en el cálculo.
¿Qué sucedería si en lugar de un protón, el ejercicio involucrara a un electrón?
-Todo el desarrollo sería el mismo, pero debido a que el electrón tiene una carga eléctrica con signo negativo, la dirección de la fuerza magnética sería opuesta a la del protón.
¿Por qué la regla de la mano derecha es útil no solo para el cálculo de la fuerza magnética sino también para otras magnitudes en física?
-La regla de la mano derecha es una herramienta útil para visualizar y determinar la dirección de los vectores en el espacio, lo que la hace aplicable a una amplia gama de conceptos físicos que involucran vectores, no solo la fuerza magnética.
Outlines
🧲 Introducción al magnetismo y la fuerza magnética
Este primer párrafo presenta el tema de la clase, que es el magnetismo, y se enfoca en la importancia de la fuerza magnética dentro de este tema. Se recuerda la teoría atómica, destacando el papel del electrón y su carga eléctrica, y se introduce el concepto de campo magnético y su representación gráfica a través de líneas de campo. Además, se define la fuerza magnética como la fuerza que experimenta una carga eléctrica en presencia de un campo magnético, y se menciona su cálculo a través de una fórmula que involucra la carga, la velocidad y el campo magnético. Finalmente, se describe el uso de la regla de la mano derecha para determinar la dirección de la fuerza magnética.
🔍 Aplicación de la regla de la mano derecha y ejercicio práctico
En el segundo párrafo, se profundiza en el uso de la regla de la mano derecha para visualizar y calcular la fuerza magnética en diferentes situaciones. Se resuelve un ejercicio específico que involucra a un protón moviéndose hacia el este y experimentando una fuerza magnética hacia arriba debido al campo magnético terrestre. Seguidamente, se utiliza la fórmula de la fuerza magnética para encontrar la velocidad de la partícula, teniendo en cuenta la dirección de la velocidad, el campo magnético y la fuerza observada. El párrafo concluye con una discusión sobre la importancia de la precisión en las representaciones gráficas y la necesidad de respetar las cifras significativas al redondear los resultados.
📐 Cálculo de la velocidad de partículas y consideraciones sobre las cifras significativas
El tercer párrafo se centra en el cálculo de la velocidad de una partícula dada la fuerza magnética que experimenta, la carga eléctrica y el campo magnético. Seguidiendo la fórmula despejada, se resuelve el ejercicio para encontrar la magnitud de la velocidad de la partícula. Además, se destaca la importancia de las cifras significativas y su consideración al redondear los resultados, asegurándose de que el número de cifras significativas en la respuesta no exceda el menor número de cifras significativas presente en los datos iniciales. Se menciona que si el ejercicio hubiera involucrado a un electrón en lugar de un protón, la dirección de la fuerza magnética habría sido opuesta debido a la carga eléctrica opuesta del electrón.
🎓 Conclusión y recordatorio de conceptos clave
Este último párrafo concluye la clase recalcando los conceptos clave aprendidos, como el cálculo de la fuerza magnética a través de su modelo matemático y el uso de la regla de la mano derecha, que es útil no solo para el magnetismo sino también para otros conceptos en física. Además, se hace un recordatorio sobre la importancia del uso de la calculadora y la consideración de las cifras significativas en los cálculos físicos. Se anima a los estudiantes a responder preguntas en su guía y se les agradece por su participación en la clase.
Mindmap
Keywords
💡Magnetismo
💡Electrón
💡Campo magnético
💡Tesla
💡Fuerza magnética
💡Regla de la mano derecha
💡Carga eléctrica
💡Vectores
💡Producto vectorial
💡Cifras significativas
💡Calculadora científica
Highlights
La clase aborda el tema del magnetismo y su importancia en la física.
Se revisa la teoría atómica, destacando el papel del electrón en el átomo.
Se menciona que el electrón tiene una carga eléctrica negativa y su valor es crucial para entender el magnetismo.
El protón tiene una carga eléctrica positiva igual en magnitud pero de signo opuesto al electrón.
Se describe el campo magnético y su representación gráfica mediante líneas de campo magnético.
El campo magnético es un vector y se mide en teslas (T).
Se explica la fuerza magnética como la fuerza que experimenta una carga eléctrica en presencia de un campo magnético.
La fórmula para calcular la fuerza magnética es F = q(v × B), donde F es la fuerza, q la carga, v la velocidad y B el campo magnético.
Se destaca que la fuerza magnética alcanza su valor máximo cuando la velocidad y el campo magnético son perpendiculares.
Se introduce la regla de la mano derecha para determinar la dirección de la fuerza magnética en un producto vectorial.
Se resuelve un ejercicio práctico donde se calcula la velocidad de un protón en un campo magnético terrestre.
Se enfatiza la importancia de las cifras significativas y su manejo en cálculos físicos.
Se menciona que la dirección de la fuerza magnética cambiaría para un electrón debido a su carga opuesta al protón.
Se recalca la utilidad de la regla de la mano derecha para conceptos adicionales en la física.
Se concluye la clase destacando los conceptos aprendidos y la importancia de responder preguntas en la guía de estudio.
Se agradece a los estudiantes y se les anima a disfrutar del contenido y a participar activamente en las evaluaciones.
Transcripts
[Música]
hola estimados estudiantes bienvenidos
nuevamente a otra clase más vamos a
seguir hablando sobre el tema de
magnetismo en este caso vamos a hablar
sobre una magnitud física muy importante
de esta temática en esta ocasión vamos a
hablar sobre fuerza magnética antes de
hablar de fuerza magnética necesitamos
recordar un poco la teoría atómica y
específicamente el electrón el electrón
es parte del átomo y se encuentra
alrededor del núcleo en forma de nube
probabilística
el electrón tiene una carga eléctrica
con un valor de menos 160 por día jala
-19 koulou en este dato será muy
importante tenerlo a la mano
el protón posee la misma carga eléctrica
pero con signo positivo si recordamos
del vídeo anterior cuando rociamos la
inmadura de hierro con un imán notamos
las líneas que se forman las cuales
llamamos líneas de campo magnético el
campo magnético se identifica con una
letra be mayúscula y como observamos
anteriormente tiene una dirección por lo
cual podemos identificar al campo
magnético como un vector
la unidad asignada para el campo
magnético es el tesla que se abrevia con
una letra t mayúscula algunos ejemplos
son el campo magnético de la tierra y de
0.01 tesla una unidad médica de
resonancia magnética 1.5 tesla o un imán
fuerte superconductor de laboratorio de
hasta 30 test la la fuerza magnética es
la fuerza que experimenta una carga
eléctrica en una partícula cargada
cuando se encuentra en presencia de un
campo magnético tenemos la partícula
cargada
y esta va a experimentar una fuerza
debido a la presencia de un campo
magnético que ya habíamos mencionado que
se identifica por la letra d mayúscula y
es un vector para poder determinar
matemáticamente cómo calcular la fuerza
magnética lo hacemos a partir de la
siguiente fórmula la fuerza siempre
recordando que la fuerza es un vector va
a ser igual al producto de la carga por
el vector velocidad multiplicado
vectorial mente por el campo magnético
en este caso puede resultar un poco
extraño utilizar la equis para la
multiplicación pero la estamos
utilizando de esta forma para
representar el producto vectorial del
producto vectorial pueden surgir muchas
dudas
lo que necesitamos en este caso nada más
es conocer que cuando la velocidad que
lleva la partícula y el campo magnético
son perpendiculares entre ellos vamos a
obtener la fuerza máxima
pero si tenemos que la velocidad y el
campo magnético son paralelos entre
ellos la fuerza resultante va a ser cero
pero como la fuerza es un vector debe de
tener una dirección para poder encontrar
la dirección de la fuerza magnética
vamos a utilizar una regla que se ocupa
en el producto vectorial conocido como
la regla de la mano derecha entender la
regla de la mano derecha es muy sencillo
primero tenemos nuestro vector velocidad
nuestro vector velocidad lo vamos a
identificar con una flecha de color rojo
vamos a tener nuestro vector campo
magnético identificado por una flecha de
color azul muy bien colocamos nuestra
mano derecha vamos a trabajar en este
plano colocamos la mano derecha donde se
encuentra el vector velocidad es decir
nuestra mente 2 de la mano derecha sobre
el vector velocidad giramos en dirección
hacia el campo magnético es decir
cerramos nuestro puño desde el vector
velocidad hacia el vector campo
magnético al cerrar el puño la dirección
en la cual apunta el dedo pulgar en la
dirección donde nosotros tendremos el
vector fuerza magnética en este caso nos
quedaría saliendo de la pizarra
qué ocurre si los vectores hubieran
estado de esta forma qué ocurre si
hubiéramos tenido el vector velocidad en
esta dirección y el campo magnético en
esta de manera similar con nuestra mano
derecha todos nuestros dedos siguiendo
la dirección del vector velocidad y
giramos el puño en dirección hacia el
vector campo magnético al hacerlo ahora
el dedo pulgar queda apuntando en
dirección hacia el interior de la
pizarra
es decir que el vector venosa y fuerza
estaría entrando en la pizarra
para comprender todo esta parte tanto de
la fórmula de la fuerza magnética como
ya una aplicación utilizando la regla de
la mano derecha vamos a resolver el
siguiente ejercicio un protón está
moviéndose hacia el este y experimenta
una fuerza de 8.8 por 10 a la menos 19
minutos hacia arriba debido al campo
magnético de la tierra
en ese punto el campo tiene una magnitud
de 5.5 por 10 a la menos 5 teslas hacia
el norte encuentre la velocidad de la
partícula
para realizar el esquema no es necesario
ser un gran dibujante realmente lo único
que necesitamos de este esquema es tener
una comprensión gráfica muy general de
que lo que está ocurriendo pues bien
vamos a observar que en el caso de la
carga
los datos del ejercicio nos dicen que su
velocidad es en dirección hacia el este
recordemos que el este
sería en dirección hacia la derecha así
como lo estoy tomando en este plano
luego conocemos que está experimentando
un campo magnético que va en dirección
norte si hemos tomado el este en
dirección hacia la derecha nos quedaría
que el norte en este caso iría hacia
arriba y aquí tenemos el campo magnético
este para la velocidad y norte para el
campo magnético ahora la pregunta es en
qué dirección va a quedar o a dónde voy
a dibujar la fuerza magnética pues para
eso nos auxiliamos de la regla de la
mano derecha que acabamos de aprender
cómo lo hacemos recordemos decíamos que
en el caso de los dedos de la mano
derecha van en la misma dirección en la
que se encuentra la velocidad
giramos nuestros dedos para cerrar el
puño en dirección hacia el campo
magnético hacia donde apunta nuestro
dedo pulgar es la dirección de la fuerza
magnética es decir que en este caso la
fuerza magnética nos quedaría saliendo
del plano de la pizarra en esta
dirección
una vez que nosotros tenemos una
comprensión gráfica de qué es lo que
estaba ocurriendo procederemos a
resolver el ejercicio ya conocemos la
fórmula la fórmula que tenemos es que la
fuerza es igual a la carga eléctrica por
el producto de la velocidad y el campo
magnético si notan una pequeña
diferencia con la fórmula que escribimos
anteriormente es porque ahorita sólo me
interesa sus magnitudes no me interesa
la parte vectorial porque la parte
vectorial ya la tengo representada acá
con la velocidad con el campo y con la
fuerza solamente necesitamos conocer el
valor de la magnitud de la velocidad
si iago el despeje me va a quedar que la
velocidad va a ser igual a la fuerza
dividida entre el producto de la carga y
el campo magnético recordemos que los
despejes aquí lo he hecho un poco rápido
pero en el caso de los despejes si la
carga y el campo magnético están
multiplicando la velocidad
yo los mando a dividir y por eso me
queda la fórmula despejada de esta
manera
procedemos ahora entonces a sustituir
los datos del ejercicio para obtener la
respuesta como se trata de una fracción
primero presionamos el botón para una
fracción en el numerador como podemos
observar en nuestra fórmula tenemos la
fuerza el valor de la fuerza es de 8.8
por 10 a la menos 19
en el denominador tenemos el producto de
la carga eléctrica 1.60 por 10 a la
menos 19
x el valor del campo magnético es decir
5.5 por 10 a la menos 5
presionamos el botón igual y obtenemos
como resultado
cien mil
este resultado lo colocaremos en
notación científica en la pizarra como
ya vimos en la calculadora el resultado
obtenido tenemos que la velocidad
la magnitud de la velocidad también
conocida como rapidez nos da un
resultado de 1.0
por diez a las cinco y en este caso como
estamos utilizando toda la unidad del
sistema internacional ya sabemos que las
unidades del sistema internacional para
velocidad son
metros por segundo con esto obtenemos el
valor de la magnitud de la velocidad la
dirección ya la conocíamos sabíamos que
la dirección era en dirección hacia el
este ahora bien porque lo dejé abreviado
de esta manera porque solamente tome un
dígito luego del punto decimal
recordemos que la respuesta que dejamos
de nuestros ejercicios deben de respetar
las cifras significativas la carga tenía
tres cifras significativas el campo
magnético en dos cifras significativas y
la fuerza dos cifras significativas yo
no puedo dejar una respuesta que tenga
más cifras significativas
el menor de los datos que tenía
originalmente en este caso la menor
cantidad eran dos cifras significativas
es por eso que la respuesta queda de
esta manera
ahora bien qué hubiera ocurrido si en el
caso del ejercicio nos hubieran dicho
exactamente lo mismo pero en lugar de un
protón hubiera sido un electrón
todo el desarrollo hubiera sido
exactamente el mismo la única diferencia
que hubiéramos obtenido es que al tratar
con un electrón al realizar la regla de
la mano derecha y de ir la velocidad
hacia el campo y el pulgar apuntando en
esta dirección la fuerza de haber sido
un electrón
cambiaba el sentido en el cual iba la
fuerza es decir en este caso la fuerza
hubiera sido entrando hacia la pizarra
hemos llegado al final de esta clase en
el transcurso de esta clase hemos
aprendido cosas muy interesantes como
por ejemplo hemos logrado aprender cómo
calcular la fuerza magnética a través de
su modelo matemático también logramos
aprender la regla de la mano derecha la
regla de la mano derecha no sólo aplica
cuando estamos tratando con fuerza
magnética la regla de la mano derecha de
suma utilidad para otras magnitudes que
también se aprenden en física también
hicimos un pequeño recordatorio sobre
las cifras significativas y el uso de la
calculadora algo que también es
sumamente importante no sólo para estos
ejercicios sino para otras temáticas de
la física
esperamos que hayas disfrutado esta
clase y recuerda responder a las
preguntas que aparecen en tu guía y que
también aparecerán al final de este
vídeo muchas gracias
y
[Risas]
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