Campo de fuerza: definición, teoría y ejemplo

Definición

Un campo de fuerza es un mapa de la fuerza que se siente sobre un área particular del espacio. Para explicar esto mejor, primero deberíamos describir un campo. Si bien puede parecer misterioso, un campo, en física, es en realidad solo un mapa de una cantidad particular en un área del espacio. Por ejemplo, si caminara por el campo de un agricultor real y tomara medidas de temperatura, y luego escribiera esas medidas en un mapa, simplemente habría dibujado un campo de temperatura. A continuación se muestra un ejemplo de un campo de temperatura de los Estados Unidos:

Un campo de temperatura (mapa) de EE. UU.

En cambio, si caminara por el mismo campo de granjero y midiera la velocidad y dirección del viento, crearía un campo de velocidad del viento. En este tipo de mapas, la longitud de la flecha representa la velocidad del viento; más largo significa más rápido. Siempre que la longitud de una flecha represente un número, las flechas se llaman vectores. Entonces, un mapa de velocidad del viento de este tipo se llamaría campo vectorial, y también es un campo de fuerza, porque es un mapa de la fuerza del viento que se siente sobre el área. El campo de temperatura mencionado anteriormente, por otro lado, ya que contiene solo números y no contiene flechas con dirección, se llama campo escalar.

Un mapa de viento predominante del mundo

Un vector es una cantidad con un número y una dirección, como la velocidad del viento. Un escalar es una cantidad que es solo un número, sin dirección. La fuerza es un vector, porque tiene un tamaño y una dirección: se siente una fuerza o un empujón en una dirección particular. Debido a esto, todos los campos de fuerza son campos vectoriales.

Ejemplos de campos de fuerza

En física hablamos de campos magnéticos, campos eléctricos y campos gravitacionales. Todas estas cosas suenan impresionantes, pero en realidad son solo formas de mostrar una fuerza que se siente sobre un área del espacio.

Si acerca una brújula a un imán, la aguja se moverá. Los imanes aplican fuerzas a ciertos materiales magnéticos, incluida la aguja de la brújula. Si mueve esa brújula a muchos lugares diferentes y anota la dirección en la que apunta, está dibujando un campo magnético .

Un campo magnético es un campo de fuerza que representa la fuerza que sienten las cargas en movimiento dentro de los metales en diferentes puntos del espacio. Si está más cerca del imán, el campo magnético es más fuerte. Si estás más lejos, es más débil. O en otras palabras, la fuerza que siente la aguja de la brújula es más fuerte cuando está más cerca del imán.

El campo magnético de una barra magnética se parece a esto:

El campo magnético alrededor de una barra magnética.

La Tierra también tiene un campo magnético, por lo que las brújulas apuntan hacia el norte geográfico.

El campo magnético de la Tierra

Cuando dejas caer una pelota de béisbol y la dejas caer al suelo, siente la fuerza de la gravedad. Esto se debe a que la Tierra tiene su propio campo de fuerza, al que llamamos campo gravitacional. Al igual que hicimos con la barra magnética, podríamos dejar caer la pelota de béisbol en diferentes lugares y dibujar flechas (vectores) para mostrar el tamaño y la dirección de la fuerza que siente. Este mapa de flechas sería el campo gravitacional de la Tierra, que se muestra a continuación. (Técnicamente, la pelota de béisbol debería pesar exactamente 1 kilogramo, ya que así es como definimos los campos gravitacionales).

El campo gravitacional de la tierra

Resumen de la lección

• Un campo de fuerza en física es un mapa de una fuerza sobre un área particular del espacio. Este podría ser un mapa de la fuerza que sienten las cargas dentro de la aguja de una brújula, en cuyo caso lo llamamos campo magnético. O podría ser la fuerza sobre una masa de 1 kilogramo cerca de la Tierra, en cuyo caso lo llamamos campo gravitacional. Pero como ambos campos son mapas de fuerzas, ambos son campos de fuerza.
• Hay dos tipos principales de campos: campos escalares y campos vectoriales. Dado que la fuerza es un vector, tiene tanto tamaño como dirección, como una flecha, todos los campos de fuerza son campos vectoriales.
• Los ejemplos de campos de fuerza incluyen campos magnéticos, campos gravitacionales y campos eléctricos.