Cómo las fuerzas magnéticas afectan las cargas en movimiento

Fuerza sobre una carga en movimiento

Cuando una partícula cargada viaja a través de un campo magnético, experimenta una fuerza como ninguna otra con la que estamos familiarizados en la vida cotidiana. Para ilustrar el punto, imagínese caminando por la acera, cuando, de repente, una fuerte ráfaga de viento lo golpea por un lado. Ahora imagina que, en lugar de moverte de lado, disparas directamente hacia el cielo. Sé que esto suena extraño, pero esto es exactamente lo que sucedería si fueras una partícula cargada y el viento fuera un campo magnético. En esta lección, hablaremos sobre los factores que determinan la fuerza y ​​la dirección de esta fuerza.

La importancia del movimiento relativo

Un campo magnético no puede ejercer una fuerza sobre una partícula cargada a menos que haya un movimiento relativo entre la partícula y el campo. Podemos crear un movimiento relativo moviendo la partícula a través del campo o moviendo el campo alrededor de la partícula. No importa cuál, siempre que haya movimiento entre ellos.

Ahora bien, el hecho de que haya un movimiento relativo entre la partícula y el campo no significa necesariamente que la partícula experimente una fuerza. Para ayudarnos a visualizar, imagina que estás caminando por la acera de nuevo, pero esta vez llevas una gran hoja de madera contrachapada verticalmente a tu lado. Si el viento viniera de una dirección perpendicular a su camino, que sería de su lado izquierdo o derecho, experimentaría mucha fuerza. Sin embargo, si el viento viniera de una dirección paralela a su camino, que sería de su parte delantera o trasera, básicamente no sentiría ninguna fuerza en absoluto. Si el viento viniera de cualquier dirección intermedia, experimentaría una fuerza menor que si viniera de un lado, pero más que si viniera del frente o de atrás. Igualmente,

La fuerza sobre una partícula cargada es siempre perpendicular al campo magnético.

Nuestra analogía con el viento solo puede llegar hasta cierto punto porque, como se mencionó anteriormente, la dirección de la fuerza sobre una partícula cargada sería vertical y no de lado a lado. Para expresarlo con mayor precisión, la fuerza es siempre perpendicular tanto al campo magnético como a la dirección de desplazamiento de la partícula. Eso suena realmente confuso, así que hagamos otro experimento mental. Si una partícula cargada caminaba por la acera y le llegaba un campo magnético desde un lado, la dirección de la fuerza tendría que ser hacia arriba o hacia abajo porque estas son las únicas direcciones que son perpendiculares tanto al campo como a la dirección del electrón. de viaje. Ahora, si el campo descendiera sobre la partícula cargada desde arriba, la dirección de la fuerza sería hacia la izquierda o hacia la derecha, porque de nuevo,

Dirección de la fuerza

Entonces, si la dirección de la fuerza puede ser izquierda o derecha, ¿cómo sabemos qué dirección tomará la partícula? Bueno, la respuesta a esa pregunta depende de varios factores diferentes. La primera es si la partícula cargada tiene carga positiva o carga negativa. Por ejemplo, si un electrón viaja a través de un campo magnético que lo empuja hacia la izquierda, entonces un protón en el mismo camino sería empujado hacia la derecha. El segundo factor es la dirección del campo magnético. Si invirtiéramos la dirección del campo, nuestro electrón sería empujado hacia la derecha y el protón hacia la izquierda. El tercer factor es la dirección en la que viaja la partícula cargada. Si nuestro electrón viaja a través de un campo magnético que lo empuja hacia la izquierda,

Fuerza de la fuerza

Un campo magnético más fuerte ejerce una fuerza más fuerte sobre la partícula.

La fuerza de la fuerza sobre una partícula cargada también depende de algunos factores diferentes. El primero es la magnitud de la carga de la partícula. Una partícula con mayor carga experimentará una fuerza más fuerte que una partícula con menor carga. El segundo factor es la fuerza del campo magnético. Un campo magnético más fuerte ejerce una fuerza más fuerte sobre la partícula que un campo más débil. El tercer factor es la velocidad de la partícula en relación con el campo. Cuanto más rápido se mueva la partícula en relación con el campo magnético, más fuerte será la fuerza. El factor final es uno que discutimos antes, que es la dirección. Una partícula experimentará la mayor fuerza al viajar perpendicular al campo.

Resumen de la lección

Cuando una partícula cargada se mueve en relación con un campo magnético, experimentará una fuerza, a menos que viaje en paralelo al campo. El signo de la carga, la dirección del campo magnético y la dirección en la que viaja la partícula afectarán la dirección de la fuerza experimentada por la partícula. Sin embargo, la fuerza siempre está en una dirección que es perpendicular tanto al campo magnético como a la dirección de desplazamiento de la partícula.

La fuerza de la fuerza se ve afectada directamente por la magnitud de la carga en la partícula, la fuerza del campo magnético y la velocidad de la partícula a través del campo. El aumento de cualquiera de estos factores aumentará la fuerza experimentada por la partícula. La dirección también juega un papel en la fuerza del campo. Está en un máximo cuando la partícula se mueve perpendicular al campo y disminuye a medida que la dirección del viaje se vuelve más paralela. Una partícula que viaja exactamente en paralelo a un campo magnético no experimentará ninguna fuerza.

Los resultados del aprendizaje

Después de esta lección en video, tendrá la capacidad de:

• Recuerde lo que se necesita para que un campo magnético pueda ejercer fuerza sobre una partícula cargada
• Explica por qué una partícula cargada que viaja en paralelo a un campo magnético no experimentará ninguna fuerza.
• Entender que la fuerza es siempre perpendicular tanto al campo magnético como a la dirección de la partícula.
• Enumere los tres factores que afectan la dirección de la fuerza magnética experimentada por una partícula cargada.
• Describe los cuatro factores que afectan la fuerza de la fuerza magnética experimentada por una partícula cargada.