Algunos experimentos

El circo de la física
Juan Carlos Arteaga Velázquez y
Rodrigo Pelayo Ramos
Introducción
El Circo de la Física ha sido planeado para mostrar a una
audiencia general, de todas las edades, ocupación,
profesión y nivel académico, una manera diferente de ver a
la física. Ilustrando conceptos físicos importantes a partir de
sencillos y llamativos experimentos que pueden ser
llevados a cabo en su mayoría con material casero. Dentro
del Circo de la Física es una premisa que todo experimento
presentado cuente con su explicación, ya que muchas de
las demostraciones podrían confundirse con trucos. El
objetivo es mostrar que es posible explicar y comprender
los fenómenos cotidianos que nos rodean con el
conocimiento de los conceptos físicos más básicos, y sin
necesidad de emplear las matemáticas. En el Circo de la
Física, presentada en el ciclo de “la Tecnología y la Ciencia
desde el Cinvestav” se realizaron veintitrés experimentos,
mismos que fueron clasificados de acuerdo al área de la
Física a la que pertenecen los conceptos que ilustraban. Se
presentaron experimentos de mecánica, presión, fluidos,
calor, ondas, sonido y electromagnetismo. En el presente
artículo se expone una explicación detallada de cuatro de
los experimentos presentados, considerados como los más
llamativos e interesantes por los autores, para que cualquier
lector interesado pueda realizarlos y compartirlos con sus
amistades.
El girosocopio (Mecánica)
Dentro de la física, el estudio del movimiento así como de
las causas que lo originan y lo modifican pertenece al
dominio de la mecánica. Con ayuda de la mecánica
podemos describir el movimiento y predecir la posición y
Conferencia 7
velocidad, en cualquier instante de tiempo, de diversos
cuerpos en una gran variedad de situaciones, ya sea que
los cuerpos se encuentran en la Tierra o en el espacio. La
mecánica estudia todos los posibles movimientos que
puede presentar un cuerpo, como desplazamientos,
rotaciones del cuerpo en torno a ciertos ejes e incluso
posibles vibraciones del objeto. Las aplicaciones de la
mecánica son variadas y los principios y las leyes que los
rigen se encuentran presentes en nuestra vida diaria.
Para aprender y ejemplificar algunos conceptos de la
mecánica, como son los asociados con los movimientos de
rotación, usaremos una rueda de bicicleta con la que
realizaremos dos experimentos fascinantes. Lo primero que
debemos conseguir es la rueda, de preferencia de 22” de
diámetro, con sus respectivos “diablitos” y su llanta. Si no
se tiene una llanta a la mano se puede enrollar alambre
alrededor del anillo de la rueda y después cubrirlo con cinta
adhesiva, lo cual es más recomendable (véase figura 1). El
propósito es aumentar la masa de la rueda en sus
extremos. La rueda debe estar bien lubricada en sus ejes y
debe girar sin dificultad alrededor de los mismos. También
necesitaremos un cordón largo (por ejemplo, de 60 cm de
longitud) y resistente como para poder soportar el peso de
la rueda.
Lo primero que haremos será atar bien los extremos del
cordón para formar un lazo. Luego, colocaremos la rueda
de bicicleta en posición vertical, sosteniendo uno de sus
“diablitos” con una de nuestras manos y el otro auxiliados
con el lazo ¿Qué sucederá si dejamos sin apoyo el extremo
de la rueda que sostenemos directamente con la mano?
Efectivamente, la rueda caerá al faltarle uno de sus
soportes. Está bien, con justa razón pueden protestar; este
experimento no es lo bastante sorprendente como para salir
corriendo a la calle y comprar una rueda de bicicleta. Pero
que tal si ahora repetimos el experimento incorporando una
pequeña variante: usando una rueda en rotación.
El circo de la física
Figura 1. Rueda de bicicleta con alambre enrollado en el anillo
externo, éste último cubierto con cinta aislante.
Sujetemos con una mano uno de los “diablitos” de la rueda
y con la otra pongamos a girar la rueda rápidamente
alrededor de su eje (ver figura 2). El impulso inicial debe ser
vigoroso.
Figura 2. Poniendo a girar la rueda.
Ahora con velocidad, coloquemos en posición vertical la
rueda, sin detener su rotación y apoyemos el “diablito” que
se encuentra libre en el lazo, el cual debemos sujetar
fuertemente por el otro extremo. Finalmente, soltemos el
“diablito” que se encuentra apoyado directamente en una de
nuestras manos (ver figura 3) ¿Qué le sucede ahora a la
rueda? De manera extraordinaria, la rueda no cae, se
Conferencia 7
mantiene en posición vertical y su eje comienza a girar
horizontalmente alrededor de su punto de apoyo como si
estuviera desafiando a la gravedad.
Figura 3. La rueda no cae, a pesar de estar apoyada en un solo
extremo, siempre que la misma esté girando en torno
a su eje.
Realicemos otro experimento, nuevamente hagamos que
gire la rueda en torno a su eje. Ahora apoyemos uno de los
“diablitos” sobre el piso (el cual debe ser plano y liso) o
sobre la palma de nuestra mano, de tal manera que el eje
de la rueda quede ligeramente desviado de la vertical y
soltémosla (véase figura 4) ¿Qué ocurre? La rueda no cae y
su eje comienza a precesar es decir, en este caso, a
describir circunferencias alrededor de la dirección vertical.
Entonces, la rueda se comporta como un trompo.
El circo de la física
Figura 4. Una rueda de bicicleta en rotación puede actuar como
un trompo.
El comportamiento de la rueda en los dos experimentos
anteriores se debe, por una parte, a la presencia de un
momento angular dirigido a lo largo del eje de la rueda en
rotación y por la otra, a una torca generada por la fuerza de
gravedad, la cual obliga a que el momento angular de la
rueda y con ello su eje, giren horizontalmente en torno al
punto de apoyo (ver figura 5). Cuando un objeto está
girando adquiere lo que llamamos un momento angular,
cantidad física que depende de la velocidad de rotación del
cuerpo (velocidad angular), la cantidad de masa del objeto y
de cómo se halla distribuida dicha masa en torno al eje de
rotación (inercia de rotación). El momento angular es una
cantidad vectorial, es decir, una cantidad física que además
de poseer una magnitud, una dirección y sentido. La
dirección del momento angular siempre es perpendicular al
plano de rotación. En el caso de una rueda que gira en
torno a su eje, el momento angular siempre se encuentra a
lo largo del eje (ver figura 5).
Para cambiar la dirección o la magnitud del momento
angular se requiere de una torca. Esta es una cantidad
física que se origina al aplicar una fuerza sobre un objeto a
cierta distancia de un punto de apoyo. Mientras más grande
sea la distancia entre el punto de aplicación de la fuerza y el
punto de apoyo, mayor será la torca. La torca también
depende del ángulo formado por la dirección de la fuerza y
Conferencia 7
la línea que va del punto de apoyo al punto de aplicación de
la fuerza, y es máxima cuando el ángulo anterior es de 90
y se anula cuando el ángulo referido es de 0. Como el
momento angular, la torca es una cantidad vectorial, con la
diferencia de que la dirección de la última siempre es
perpendicular al plano que forman la dirección de la fuerza
y la línea entre el punto de apoyo y el punto donde se aplica
la fuerza.
El momento angular se ve modificado de tres formas
distintas por la torca: Si la torca y el momento angular son
paralelos, resulta que la torca incrementa la magnitud del
momento angular; si son antiparalelos, la magnitud del
momento angular disminuye. Pero si son perpendiculares,
la torca sólo modifica la dirección del momento angular
dejando intacta su magnitud. En este caso, el cambio en el
momento angular tiene la misma dirección de la torca.
Regresemos ahora a nuestros experimentos. Por una parte,
la rueda en rotación, la cual se encuentra apoyada sobre
uno de los “diablitos”, posee un momento angular dirigido a
lo largo de su eje. Por la otra, la rueda se encuentra
sometida a la fuerza de gravedad la cual apunta hacia
abajo, sobre la vertical actuando sobre el centro de la
rueda, pues es aquí donde se halla el centro de masas del
objeto, esto es, el lugar donde podemos considerar que se
encuentra reunida toda la masa de la rueda. Ahora bien, la
fuerza de gravedad induce una torca sobre la rueda
respecto al punto de apoyo. Dicha torca apunta
perpendicularmente al plano que forman la dirección de la
fuerza y la línea que une el punto de apoyo y el centro de
masas de la rueda, la cual coincide con el eje de la rueda.
Entonces resulta que la torca final es perpendicular al eje
de la rueda y a su vez es horizontal (ver figura 5). Como
consecuencia, esta torca provoca que el momento angular y
el eje de la rueda giren horizontalmente en torno al punto de
apoyo.
Cuando la rueda no se encuentra en rotación y carece de
momento angular, el efecto de la torca produce un giro
vertical de la rueda hacia abajo respecto al punto de apoyo,
El circo de la física
ocasionando que la rueda caiga. En este caso, la magnitud
del momento angular que produce la torca apunta
horizontalmente, es por esto que la rueda gira sobre el
plano vertical. Los comportamientos observados en la rueda
de bicicleta también son propios de un giroscopio. Un
giroscopio es prácticamente un disco que puede girar
libremente en torno a un eje que pasa perpendicularmente
por su centro. De esta forma, las ruedas de bicicletas
pueden considerarse como giroscopios.
Figura 5. El giroscopio. Se muestran el punto de apoyo de la
rueda (O), la torca () generada por la fuerza de
gravedad en la rueda, es decir, por el peso (peso), el
momento angular de la rueda (L) y el cambio que
produce la torca en dicho momento.
Vibración de una varilla (Ondas y Sonido)
Este experimento es parte de la sección de ondas y sonido
y sirve para mostrar cómo se pueden producir y propagar
las ondas mecánicas en un sólido y en una dimensión. El
material empleado es simple. Primero, se necesitan cuatro
varillas de aluminio de ½”, aunque también se recomiendan
las de ¾”. Las varillas pueden tener longitudes distintas,
dos de ellas pueden ser de 1.2 m aproximadamente con
una pequeña diferencia en sus longitudes de 0.5 cm
aproximadamente. Las otras dos varillas pueden tener
longitudes aproximadas de 70 y 50 cm, aunque realmente
las longitudes pueden variar incluso hasta los 30 cm. Sin
Conferencia 7
embargo, mientras más cortas sean las varillas, más difícil
será trabajar con ellas. Otro material indispensable para la
realización de este experimento es la brea, misma que se
puede conseguir en cualquier tlapalería a bajo precio.
Si nosotros golpeamos una de las varillas largas por uno de
los extremos, ésta vibrará emitiendo un sonido similar al de
una campana. Dichas vibraciones son conocidas como
vibraciones transversales con tiempos de duración
relativamente cortos. El objetivo de nuestro experimento
será generar otro tipo de vibraciones, las denominadas
longitudinales, esto es, aquellas que se propagan a lo largo
de la varilla.
Para producir las vibraciones longitudinales, primero se
requiere localizar el centro de la varilla, lo que se logra
buscando el punto de equilibrio. Realmente este es un
punto nodal de las vibraciones. Una vez localizado el punto
medio, se sostiene la varilla con dos dedos procurando que
sea sólo con las yemas y que éstas queden
perpendiculares a la longitud de la varilla, como se muestra
en la figura 6.
Figura 6. Cómo sostener y aplicar brea en la varilla
Posteriormente, se aplica brea en una de las mitades de la
varilla. De ser posible, también habrá que usar un poco en
los dedos de la mano con la que se pretende hacer vibrar la
varilla. Ahora, con tres dedos de nuestra mano (pulgar,
El circo de la física
índice y medio), sin presionarla mucho se frota la porción de
la varilla donde se aplicó la brea, desde el centro al extremo
con un movimiento moderado como se muestra en la figura
7. La razón de la brea es aumentar la fricción entre los
dedos y la varilla. De forma consecutiva se frota la varilla
con los dedos tantas veces como sea necesario para
producir un sonido. Este sonido deberá ser de gran
intensidad. La gente se sorprende por lo intenso que puede
llegar a ser el sonido emitido por la varilla. Es bueno
mencionar que generar el sonido con la varilla requiere de
práctica, pero una vez adquirida, con pasar los dedos por la
varilla una sola vez se podrá obtener un buen sonido. Para
detener la vibración simplemente se pone un dedo o la
palma de la mano en uno de los extremos de la varilla. Aquí
es donde uno puede percibir que las vibraciones son
longitudinales.
Figura 7. Cómo hacer vibrar la varilla.
Se puede comenzar haciendo vibrar una de las varillas
largas y después se puede proseguir con las más cortas, en
orden de acuerdo a su longitud. En cada caso, deberá de
notarse la dependencia que guarda la frecuencia de la
vibración (o el tono del sonido) con la longitud de la varilla.
Mientras más corta sea dicha longitud más agudo será el
sonido. Esto tiene una explicación física simple. Las
vibraciones se propagan a lo largo de la varilla un extremo a
otro con gran velocidad, aproximadamente a 5100 metros
por segundo, casi 15 veces mayor que la velocidad del
Conferencia 7
sonido en el aire, de manera que si la longitud de la varilla
es menor, entonces en un solo segundo una onda podrá ir y
venir más veces que en una varilla larga, y por lo tanto su
frecuencia (oscilaciones por cada segundo) será mayor.
Con las dos varillas largas podemos hacer otro experimento
sencillo. Se ponen a vibrar las dos varillas simultáneamente
y se aproximan entre sí sin que se toquen, manteniéndolas
paralelas. La pequeña diferencia de las longitudes de las
varillas provoca también una pequeña diferencia entre sus
frecuencias de vibración. Al superponerse los sonidos se
percibirá un leve trino. Lo anterior es debido a un fenómeno
llamado modulación en el que la superposición de dos
ondas de distinta frecuencia produce una onda resultante
cuya frecuencia es el promedio de las ondas individuales y
cuya amplitud depende de la diferencia de frecuencias,
como se ve en la figura 8. Este fenómeno es aprovechado
para poder enviar información “montada” en una onda,
como en el caso de las ondas de radio que transportan
información de audio (radio AM).
Figura 8. La modulación se produce al superponer ondas con
frecuencias muy similares.
Otro experimento sencillo que se puede realizar ahora con
una de las varillas largas (en realidad se puede emplear
cualquiera), está relacionado con el efecto Doppler que es
el cambio de frecuencia que experimenta una onda, como
El circo de la física
el sonido, cuando su fuente está en movimiento. Este
fenómeno se puede escuchar cuando por ejemplo, una
ambulancia o patrulla se mueve respecto de nosotros con la
sirena puesta. Al aproximarse el sonido emitido es más
agudo que el que se percibe cuando el vehículo se aleja.
Esto se debe a que, cuando una fuente de sonido se
aproxima a un receptor, las ondas se compactan mientras
que cuando se aleja, las ondas se expanden. Para nuestro
experimento, simplemente tenemos que poner a girar la
varilla rápidamente sosteniéndola del centro como si fuera
un bastón.
FIGURAS DE CHLADNI (Ondas y Sonido)
No sólo se pueden tener vibraciones en una dimensión
como en el caso de las varillas, sino que también puede
haberlas en dos y tres dimensiones. En esta sección nos
concentramos en las vibraciones en dos dimensiones y más
específicamente, en las vibraciones de láminas. Cuando
tenemos un medio que vibra, algunas regiones se mueven
pero otras permanecen inmóviles (según se muestra de
manera un poco exagerada en la figura 9). A la parte que se
mueve se les conoce como regiones nodales, las cuales
pueden ser obtenidas experimentalmente en el caso de
placas y láminas con un método muy sencillo, mismo que
fue descrito en 1787 por el sajón Ernst Florens Friedrich
Chladni, quien, aparte de ser físico por convicción (abogado
de carrera), era músico. Chladni es conocido como el padre
de la Acústica. Como dato curioso mencionaremos que
como Mozart, Chladni nació en 1756 y murió en 1827, el
mismo año que Beethoven.
Conferencia 7
Figura 9. Vibraciones en una placa cuadrada.
Para este experimento necesitamos una placa delgada de
aluminio (1 mm de espesor), no importa la forma (en
nuestro caso empleamos láminas cuadradas de
aproximadamente 30  30 cm), unas pinzas mecánicas o de
electricista, un arco de violín, un poco de brea y el
ingrediente principal: Azúcar estándar.
La idea es sostener la lámina con las pinzas por algún
punto de la orilla, tratando de mantenerla siempre
horizontal. El uso de las pinzas es sólo con el fin de poder
sostener la placa sin dificultad. Claro está que se puede
sostener con las manos, pero puede llagar a ser molesto
después de un rato, ya que sólo se deben usar dos dedos
para que se puedan producir correctamente las vibraciones.
Luego, se colocan unas dos o tres cucharadas de azúcar
sobre la lámina. Posteriormente, se hace pasar el arco de
violín, previamente untado con brea, de arriba abajo, por un
borde de la lámina y siempre perpendicular a la misma,
como se muestra en la figura 10.
El circo de la física
Figura 10. Se muestra la forma correcta de sujetar la lámina y
la manera en la que se debe pasar el arco de violín.
Se podrá ver que al pasar el arco se acumulará azúcar en
las regiones nodales ya mencionadas, formándose patrones
muy extraños y llamativos. Estos patrones son conocidos
como figuras de Chladni. Se puede experimentar pasando
el arco por distintos puntos en el borde de la lámina y
cambiando el punto de apoyo de la lámina. Algo que debe
notarse es que las vibraciones de la lámina también son
audibles y que mientras más agudo sea el sonido emitido,
más cercanas estarán las regiones donde se acumule el
azúcar. El la figura 11 podemos apreciar algunas de las
figuras de Chladni que obtenemos con nuestra lámina.
Conferencia 7
Figura 11. Diferentes modos de vibración de una lámina de
aluminio. Los patrones cambian dependiendo del
punto de sujeción de la lámina y del punto donde se
produce la vibración.
Una aplicación de las figuras de Chladni la tenemos en la
fabricación de instrumentos musicales (laudería) en los
cuales se estudian los modos normales de vibración de las
tapas de instrumentos de cuerda bajo frecuencias de
resonancia conocidas. En la figura 12 se pueden ver
algunos patrones de Chladni para violines y guitarras
sometidos a diferentes frecuencias de vibración. Es bueno
mencionar que los nodos, además de depender de forma
del instrumento, también dependerán de la rigidez de la
madera de la que estén hechos los mismos.
El circo de la física
Figura 12. Figuras de Chladni que muestran los modos de
vibración en las tapas de violines y guitarras con
distintas frecuencias. (Imágenes tomadas de
http://www.phys.unsw.edu.au/~jw/chladni.html)
Levitador y cañón magnéticos (Electromagnetismo)
Todo cuerpo cargado eléctricamente establece un campo
eléctrico a su alrededor. A través de dicho campo un cuerpo
con carga eléctrica puede ejercer una fuerza eléctrica sobre
otro. Las fuerzas magnéticas también se transmiten a
través de un campo. En este caso, una corriente eléctrica
es la responsable de generar el correspondiente campo
magnético. Un campo eléctrico también puede ser
producido por un campo magnético variable en el tiempo,
fenómeno conocido como inducción magnética. De manera
análoga, un campo eléctrico que cambia con el tiempo
también es capaz de generar un campo magnético. Esto no
es extraño, ya que las fuerzas eléctricas y magnéticas están
íntimamente conectadas, en realidad, ambas son
manifestaciones de una sola fuerza: la fuerza
electromagnética. En este apartado realizaremos un
experimento fascinante que involucra la construcción de un
sencillo levitador magnético con el que exploraremos el del
fenómeno de la inducción magnética.
El material que necesitaremos es el siguiente: un “dimmer”
o regulador de corriente para lámparas (se puede usar uno
de 600 W/ 127 V), un interruptor eléctrico de paso, una
Conferencia 7
clavija, cable duplex calibre 14 para instalación eléctrica
(alrededor de 60 cm), 1 kilo de alambre de magneto calibre
18, mismo que debe ser enrollado uniformemente en un
carrete y de tal manera que los extremos del alambre
queden al descubierto (para nuestra conveniencia, los
comercios ya enrollan la cantidad solicitada de alambre en
carretes de plástico, lo que nos ahorrará trabajo, sólo
debemos recordar que antes de enrollarlo hay que pedir se
dejen los extremos del alambre al descubierto) y lo más
importante, una barra redonda de hierro con 1¼” y 1½” de
diámetro y alrededor de 35 cm de largo, que servirá de
núcleo. También se requerirá de un anillo de aluminio cuyo
diámetro interno sea mayor que el del núcleo de hierro. De
igual forma, en lugar del anillo se puede utilizar una lata de
refresco sin las tapas. El alambre enrollado en el carrete
nos servirá de bobina y el anillo como proyectil para nuestro
cañón magnético.
Lo primero que haremos será construir un electroimán con
la barra de hierro y la bobina. Para ello sólo se necesita
ensanchar hueco del carrete a lo largo de su eje e introducir
el núcleo de hierro. El hueco del carrete debe tener un
diámetro tal que el núcleo de hierro entre a presión en el
carrete. Luego, construiremos el circuito eléctrico que se
muestra en la figura 13. Este circuito es muy sencillo. Sólo
requiere conectar en serie la bobina, el regulador y el
interruptor con ayuda del cable y unir los dos extremos del
circuito resultante a la clavija (véase figura 13). Recuerda
que se deben aislar los amarres o conexiones finales con
cinta aislante para evitar el riesgo de un corto circuito.
Realizando lo anterior, hemos terminado. Ahora comienza
lo más divertido.
El circo de la física
Figura 13. Circuito eléctrico para el levitador y el cañón
magnéticos.
Primero, con nuestro aparato, haremos que levite
magnéticamente el anillo de aluminio (o nuestra lata favorita
de refresco). Para ello insertemos el anillo en el núcleo de
hierro. Luego, cerciorándonos que el circuito esté apagado
y el regulador indique el mínimo de corriente, conectemos el
circuito a una fuente de corriente alterna (CA). La toma de
corriente en nuestras casas, con un voltaje de 120 V y
frecuencia de 60 Hz, puede utilizarse con seguridad. Ahora,
encendamos el aparato y dejemos pasar la corriente poco a
poco con el regulador ¿Qué observamos? Efectivamente, el
anillo comienza a levitar (ver figura 14).
Conferencia 7
Figura 14. Cuando se enciende el electroimán y se deja pasar
la corriente eléctrica con el regulador, el anillo de
aluminio comienza a levitar.
La explicación de este fenómeno es relativamente sencilla.
Como ya comentamos, una corriente eléctrica produce un
campo magnético. En el caso de una bobina con sus
espiras dispuestas cilíndricamente, como la que
conseguimos, el campo magnético resultante es como el de
un imán de barra: las líneas de campo magnético fluyen por
el eje de la bobina salen por un extremo, designado como
polo norte y entran por el otro extremo denominado polo sur
(ver figura 15). La presencia del núcleo de hierro dentro de
la bobina incrementa la magnitud del campo magnético a lo
largo del eje del dispositivo.
Figura 15. La bobina genera un campo magnético como el de
un imán permanente de barra.
Ahora, ya que la corriente está variando y por tanto el flujo
del campo magnético que atraviesa el anillo, la corriente
eléctrica del electroimán induce magnéticamente un campo
eléctrico variable en el anillo de aluminio (ley de inducción
de Faraday). A su vez, este campo eléctrico genera un
voltaje que pone en movimiento una corriente eléctrica a lo
largo del anillo (ver figura 16), por lo tanto, el anillo se
transforma en otro imán.
El circo de la física
Figura 16. El campo magnético variable del electroimán
producido por una corriente alterna (i), induce una
corriente eléctrica en el anillo de aluminio.
Ahora bien, de acuerdo a una conocida ley física, la
denominada ley de Lenz, resulta que las líneas de campo
magnético generadas por el anillo fluyen a través de su
hueco interior de tal manera que refuerzan o atenúan el
flujo del campo magnético que genera el electroimán en esa
región en los momentos en que este flujo del electroimán
disminuye o se incrementa, respectivamente. Lo primero
genera una atracción entre el electroimán y el anillo
mientras que lo segundo, una repulsión. Ya que la corriente
que genera el campo magnético de la bobina es alterno, el
anillo y el electroimán se atraen y se repelen
magnéticamente entre sí de forma alternante. El
electroimán levanta el anillo por repulsión precisamente en
aquellos momentos en el que la magnitud del campo
magnético del primero se incrementa. El anillo se queda
levitando en el aire a una altura tal que los empujones de la
bobina sobre el anillo equilibran el peso de éste último. Esta
altura depende de que tan intenso sean la corriente y el
campo magnético del electroimán. Como la corriente en la
bobina del electroimán varia muy rápidamente (a 60 ciclos
por segundo), el anillo a penas va cayendo por los jalones
magnéticos de la bobina y los empujones que les siguen lo
obligan a subir. Este fenómeno ocurre con tal rapidez que el
anillo se queda estático a cierta altura.
Conferencia 7
Ahora pasemos con el experimento final: el cañón
magnético. Apaguemos primero el circuito y coloquemos en
su máximo el regulador ¿listos para lo siguiente? Enciendan
y apaguen rápidamente el interruptor ¿Qué sucede con el
anillo? El anillo sale eyectado violentamente hasta una
altura de poco más de un metro (si es una lata la altura es
menor) – véase figura 17. Esto se debe a que el campo
magnético inducido en el anillo aumenta mientras más
rápido varíe el campo magnético de la bobina. Como el
regulador estaba en su máximo, al accionar el interruptor la
corriente en la bobina se incrementó hasta alcanzar su
máximo de un solo golpe lo que indujo un fuerte campo
magnético en el anillo, opuesto al de la bobina. La repulsión
resultante obligó al anillo a salir expelido de la bobina.
Figura 17. Cuando el regulador se coloca en el máximo y luego
se enciende el electroimán con el interruptor, el
anillo es expelido violentamente.
Información de los autores
Autor:
Juan Carlos Arteaga Velázquez
Afiliación
Doctorado en el Departamento de Física, Cinvestav
Autor:
Rodrigo Pelayo Ramos
Afiliación
Estudiante de doctorado en el Departamento de
Física, Cinvestav