FIS U3 P1
Páginas: 6 (1428 palabras)
Publicado: 21 de mayo de 2015
Introducción
Una carga eléctrica en movimiento dentro de un campo magnético sufre una fuerza.
Experimentalmente se comprueba que esta fuerza magnética ejercida por el campo es proporcional al valor de la carga y a su velocidad, y que la dirección de la fuerza es perpendicular a la velocidad de la carga.
Si una carga eléctrica q se mueve en una región del espacio en la que coexisten uncampo eléctrico y un campo magnético, actuarán sobre la carga una fuerza eléctrica y una fuerza debida al campo magnético, la fuerza total sobre la carga será la suma de ambas, a esta fuerza se conoce como fuerza electromagnética o fuerza de Lorentz.
La magnitud de la fuerza depende de la orientación de la carga con respecto a la dirección del campo. La fuerza es mayor cuando el conductor esperpendicular al campo y cero cuando es paralelo a él.
En la fuerza de Lorentz aparecen los efectos conjuntos de las fuerzas eléctricas y magnéticas sobre la cargas en movimiento.
Modelo teórico
Fuerza de Lorentz
Al observar experimentalmente cómo es la fuerza que un campo B ejerce sobre una carga eléctrica q se cumple que:
Si la carga está en reposo, el campo B no ejerce ninguna fuerza sobreella.
La fuerza es máxima cuando la velocidad de la carga v y el campo B son perpendiculares y es nula cuando son paralelos.
La fuerza es perpendicular al plano formado por v y B.
La fuerza es proporcional al valor de la carga q y a la velocidad v.
Si la carga cambia de signo, la fuerza cambia de sentido
Resumiendo todos estos hechos, se concluye que la fuerza que un campo B ejerce sobre unacarga eléctrica q que se mueve con una velocidad v viene dada por la expresión:
La fuerza electrostática es tangente en cada punto a las líneas de campo eléctrico, sin embargo, para el campo magnético se cumple que:
La fuerza magnética es perpendicular a las líneas de campo B
Si la carga q se encuentra además bajo la acción de un campo eléctrico E, la fuerza resultante que actúa sobre ella es:Conocida como la fuerza de Lorentz.
Desarrollo
Datos
Modelar la trayectoria de una partícula cargada en un campo magnético y eléctrico constante.
El modelo que se muestra está incompleto y deben terminarlo agregando las ecuaciones de movimiento apropiadas.
1 Descarga la simulación ejs_trayectoriaCampoExB.jar que se encuentra en el Aula virtual.
2 Corre la simulación.
3 Observa que alcambiar los campos magnéticos no tiene ningún efecto en el movimiento. Esto se debe a que la fuerza de Lorentz no está completa
4 Da clic derecho sobre la simulación y da clic en Abrir Modelo EJS2.
5 Selecciona Modelo y observa la página de Evolución. La fuerza que gobierna al movimiento es simplemente:
La página de Evolución necesita seis ecuaciones. Tres para definir la velocidad y tres paradefinir la aceleración. ¿Por qué son tres de cada una?
Para que el campo magnético tenga impacto en el movimiento, necesitas incluir el campo magnético en la ecuación de Lorentz:
La componente x de esta ecuación es:
6 Explica por qué y da las componentes restantes:
Fy= Fx=
7 Completa el modelo usando las ecuaciones apropiadas de la aceleración.
Para quitar las palabras ModeloIncompleto, ve a la página de Modelo, Variables, Display y cambia ModelComplete de False a True
Prueba q/m=1 para para ver si has configurado el modelo correctamente.
Si E=0,Bx=By=0 yBz=1 o B=1k) e inicialmente vx=1,vy=0 y vz=0 (v=1i), deberías ver una trayectoria circular. Explica porque y qué otras configuraciones darían una trayectoria circular. Pruébalas y verifica que son circulares. Explicacómo generar un círculo de menor radio.
Si E=1i,B=1k e inicialmente v=-1j, explica por qué se da esa trayectoria.
Si E=1i,B=1i e inicialmente v=0, explica por qué el movimiento es el mismo sin importar el valor de Bx.
Si E=1i,B=1k, e inicialmente v=0, explica por qué la partícula no cambiaría la componente z de su movimiento. Prueba el caso en la simulación.
Análisis de datos
1...
Introducción
Una carga eléctrica en movimiento dentro de un campo magnético sufre una fuerza.
Experimentalmente se comprueba que esta fuerza magnética ejercida por el campo es proporcional al valor de la carga y a su velocidad, y que la dirección de la fuerza es perpendicular a la velocidad de la carga.
Si una carga eléctrica q se mueve en una región del espacio en la que coexisten uncampo eléctrico y un campo magnético, actuarán sobre la carga una fuerza eléctrica y una fuerza debida al campo magnético, la fuerza total sobre la carga será la suma de ambas, a esta fuerza se conoce como fuerza electromagnética o fuerza de Lorentz.
La magnitud de la fuerza depende de la orientación de la carga con respecto a la dirección del campo. La fuerza es mayor cuando el conductor esperpendicular al campo y cero cuando es paralelo a él.
En la fuerza de Lorentz aparecen los efectos conjuntos de las fuerzas eléctricas y magnéticas sobre la cargas en movimiento.
Modelo teórico
Fuerza de Lorentz
Al observar experimentalmente cómo es la fuerza que un campo B ejerce sobre una carga eléctrica q se cumple que:
Si la carga está en reposo, el campo B no ejerce ninguna fuerza sobreella.
La fuerza es máxima cuando la velocidad de la carga v y el campo B son perpendiculares y es nula cuando son paralelos.
La fuerza es perpendicular al plano formado por v y B.
La fuerza es proporcional al valor de la carga q y a la velocidad v.
Si la carga cambia de signo, la fuerza cambia de sentido
Resumiendo todos estos hechos, se concluye que la fuerza que un campo B ejerce sobre unacarga eléctrica q que se mueve con una velocidad v viene dada por la expresión:
La fuerza electrostática es tangente en cada punto a las líneas de campo eléctrico, sin embargo, para el campo magnético se cumple que:
La fuerza magnética es perpendicular a las líneas de campo B
Si la carga q se encuentra además bajo la acción de un campo eléctrico E, la fuerza resultante que actúa sobre ella es:Conocida como la fuerza de Lorentz.
Desarrollo
Datos
Modelar la trayectoria de una partícula cargada en un campo magnético y eléctrico constante.
El modelo que se muestra está incompleto y deben terminarlo agregando las ecuaciones de movimiento apropiadas.
1 Descarga la simulación ejs_trayectoriaCampoExB.jar que se encuentra en el Aula virtual.
2 Corre la simulación.
3 Observa que alcambiar los campos magnéticos no tiene ningún efecto en el movimiento. Esto se debe a que la fuerza de Lorentz no está completa
4 Da clic derecho sobre la simulación y da clic en Abrir Modelo EJS2.
5 Selecciona Modelo y observa la página de Evolución. La fuerza que gobierna al movimiento es simplemente:
La página de Evolución necesita seis ecuaciones. Tres para definir la velocidad y tres paradefinir la aceleración. ¿Por qué son tres de cada una?
Para que el campo magnético tenga impacto en el movimiento, necesitas incluir el campo magnético en la ecuación de Lorentz:
La componente x de esta ecuación es:
6 Explica por qué y da las componentes restantes:
Fy= Fx=
7 Completa el modelo usando las ecuaciones apropiadas de la aceleración.
Para quitar las palabras ModeloIncompleto, ve a la página de Modelo, Variables, Display y cambia ModelComplete de False a True
Prueba q/m=1 para para ver si has configurado el modelo correctamente.
Si E=0,Bx=By=0 yBz=1 o B=1k) e inicialmente vx=1,vy=0 y vz=0 (v=1i), deberías ver una trayectoria circular. Explica porque y qué otras configuraciones darían una trayectoria circular. Pruébalas y verifica que son circulares. Explicacómo generar un círculo de menor radio.
Si E=1i,B=1k e inicialmente v=-1j, explica por qué se da esa trayectoria.
Si E=1i,B=1i e inicialmente v=0, explica por qué el movimiento es el mismo sin importar el valor de Bx.
Si E=1i,B=1k, e inicialmente v=0, explica por qué la partícula no cambiaría la componente z de su movimiento. Prueba el caso en la simulación.
Análisis de datos
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