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Un peine puede atraer el agua después de pasarlo por el pelo. Originales de StudySmarter
¿Te ha sorprendido? Esto ocurre porque dos objetos pueden interactuar sin tocarse, lo que provoca una tendencia a acercarse -atracción- o a alejarse -repulsión-. Vemos este comportamiento en los cuerpos cargados y en los imanes. En este artículo exploraremos cómo funciona esto con más detalle para comprender cuándo las fuerzas eléctricas y magnéticas son atractivas o repulsivas y cómo podemos calcular la fuerza eléctrica.
Significado de atracción y repulsión en física
Como ya hemos mencionado en física, existe un tipo especial de fuerzas denominadas fuerzas sin contacto.
Las fuerzas sin contacto son interacciones que pueden afectar al movimiento de un cuerpo sin necesidad de tocarlo.
Algunos ejemplos de fuerzas sin contacto son la gravedad, la electrostática y las fuerzas magnéticas.
Las fuerzas sin contacto pueden ser atractivas o repulsivas.
Una fuerza es atractiva si los objetos que interactúan ejercen una atracción mutua, creando una tendencia a acercarse. En cambio, una fuerza es repulsiva si los objetos que interactúan se empujan mutuamente para alejarse.
La gravedad siempre es atractiva. Por eso, estemos donde estemos, sentimos una atracción "hacia abajo", hacia el centro de la Tierra. Sin embargo, las fuerzas electrostáticas y magnéticas pueden ser tanto atractivas como repulsivas en función de la carga de los objetos implicados o del polo de los imanes.
Atracción y repulsión de cargas
Una fuerza electrostática es una interacción que se produce entre partículas cargadas.
Hay dos tipos de cargas: positivas y negativas. Si dos objetos tienen el mismo tipo de carga, la fuerza electrostática entre ellos será repulsiva. Esto significa que si un objeto cargado positivamente se acerca a otro, ambos se empujarán mutuamente. Lo mismo ocurre con dos objetos cargados negativamente.
Los objetos con las mismas cargas sienten una fuerza repulsiva, StudySmarter Originals
En cambio, las cargas opuestas se atraen. Por eso, cuando un objeto cargado positivamente está cerca de otro cargado negativamente, tiran el uno hacia el otro, tendiendo a acercarse.
Los objetos con cargas opuestas sienten una fuerza de atracción, StudySmarter Originals
Ley de atracción y repulsión de las fuerzas electrostáticas
En 1785, Charles-Augustin de Coulomb, midió la magnitud de las fuerzas electrostáticas entre objetos cargados utilizando una balanza de torsión que inventó. Utilizó una aguja con un disco de latón en un extremo y un contrapeso en el otro. La aguja estaba suspendida por una fibra para que pudiera girar. A continuación, cargó una esfera metálica y el disco de latón con el mismo tipo de carga y midió la distancia a la que se empujaban mutuamente utilizando una escala fijada a la parte exterior del aparato.
Tras repetir este proceso para diferentes cantidades de cargas, pudo llegar a una fórmula para cuantificar la fuerza de las fuerzas electrostáticas. Esa fórmula se conoce ahora como ley de Coulomb y depende de la carga de los objetos y de la distancia entre ellos.
En esta fórmula, la fuerzase mide en newtons,es la carga del primer objeto en culombiosde forma similares el valor de la carga del segundo objeto, yes la distancia entre ellos, medida en metros. La constantese denomina constante de la ley de coulomb y depende del medio en el que se encuentren los objetos cargados. Por ejemplo, si los objetos están en el vacío, el valor dees aproximadamente.
Atracción y repulsión entre imanes
Un imán es cualquier objeto o material que produce un campo magnético.
Independientemente de su forma, todo imán tiene dos polos llamados polo norte (N) y polo sur (S). De forma similar al caso de las cargas eléctricas, los polos magnéticos opuestos se atraen.
Los polos opuestos de dos imanes sienten una fuerza de atracción, StudySmarter Originals
Por otra parte, los polos magnéticos iguales se repelen.
Los polos iguales de dos imanes sienten una fuerza repulsiva, StudySmarter Originals
La Tierra es como un imán gigante en sí misma, pero su polo norte geográfico es en realidad un polo sur magnético. Del mismo modo, el polo sur geográfico es un polo norte magnético. Por eso, un imán que se mueva libremente -la aguja de una brújula, por ejemplo- siempre alineará su polo norte magnético con el polo norte geográfico de la Tierra, y el polo sur del imán se alineará con el polo sur geográfico de la Tierra. Por eso los polos de los imanes se llaman así.
Los imanes funcionan debido a las fuerzas magnéticas que se producen en los átomos formando zonas magnéticas en el material que actúan como pequeños imanes en sí mismos. Normalmente, estas zonas están alineadas al azar. Sin embargo, hay un tipo especial de materiales llamados ferromagnéticos. Tienen la propiedad de que sus zonas magnéticas se alinean fácilmente cuando se exponen a un campo magnético externo, y mantienen esta alineación después de que desaparezca el campo magnético, ¡convirtiéndose ellos mismos en imanes! Un objeto que genera un campo magnético debido a su estructura interna se llama imán permanente.
Los materiales ferromagnéticos atraen fuertemente a los imanes. Algunos ejemplos son el hierro, el cobalto y el níquel.
Ejemplos de atracción y repulsión
Ahora que entendemos cómo funcionan las fuerzas electrostáticas y magnéticas, exploraremos algunos ejemplos cotidianos en los que podemos observar fuerzas de atracción y repulsión en acción.
Ejemplos de atracción y repulsión Fuerzas electrostáticas
Un ejemplo estupendo y muy común es el de la electricidad estática. Un globo puede cargarse negativamente frotándolo contra tu pelo. Al frotarlo, muchos electrones "saltan" del pelo al globo. Esto hace que el pelo se cargue positivamente debido a la falta de electrones, y como el globo ganó esos electrones, ahora está cargado negativamente.
Un globo puede cargarse negativamente frotándolo contra el pelo, StudySmarter Originals
Ahora, el globo es atraído por el pelo cargado positivamente. La fuerza eléctrica puede verse a distancia cuando el globo se acerca al pelo: el pelo es atraído hacia la superficie del globo. Tanto el pelo como el globo se atraen mutuamente.
El globo atrae al pelo cargado positivamente, StudySmarter Originals
Del mismo modo, si se frotan dos globos contra un pelo, ambos se cargan negativamente. Si se ponen uno cerca del otro, se empujan mutuamente.
Dos globos cargados negativamente se repelen, StudySmarter Originals
Como habrás deducido, ésta es la misma razón por la que el peine atrae el chorro de agua después de pasarlo por el pelo, ¡obtiene una carga electrostática!
Ejemplos de atracción y repulsión: Fuerzas magnéticas
Como hemos explicado antes, puedes observar atracción y repulsión debidas a fuerzas magnéticas cuando juegas con dos imanes. Sin embargo, si sólo tienes un imán, puedes ver cómo éste atrae algunos metales. En concreto, el hierro, el cobalto y el níquel se sienten fuertemente atraídos por los imanes, ya que son ferromagnéticos.
Se puede generar un campo magnético mediante una corriente que circule por un conductor. Esto hará que el conductor se comporte como un imán. Haciendo un bucle con un alambre sobre un núcleo metálico y conectándolo a una pila, creamos un electroimán. El extremo conectado al borne positivo de la pila actuará como el polo sur del imán, y el extremo conectado al borne negativo se comportará como el polo norte.
Una corriente que circula por un alambre puede convertirlo en un electroimán, StudySmarter Originals
Atracción y repulsión - Puntos clave
- La atracción y la repulsión son características de las fuerzas sin contacto, como las fuerzas electrostáticas y magnéticas.
- Las fuerzas sin contacto son interacciones que pueden afectar al movimiento de un cuerpo sin necesidad de tocarlo. Ejemplos de fuerzas sin contacto son las fuerzas eléctricas y magnéticas.
- Los objetos con cargas opuestas experimentan una fuerza electrostática atractiva, que los atrae entre sí.
- Los objetos que tienen la misma carga experimentan una fuerza electrostática repulsiva, que los aleja el uno del otro.
- Los polos iguales de dos imanes experimentan una fuerza magnética atractiva, que tira de ellos hacia sí.
- Los polosopuestos de dos imanes experimentan una fuerza magnética repulsiva, que los aleja el uno del otro.
- La ley de Coulomb establece que la fuerza ejercida entre dos objetos cargados, ya sea una fuerza de atracción o de repulsión, puede determinarse por la carga de ambos objetos, la distancia entre ellos y el medio en el que se encuentran las cargas.
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