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Práctica 5. Fenomenología de campos magnéticos variables I
Introducción.
En esta práctica observaran lo que ocurre cuando existe movimiento relativo entre una placa y un
campo magnético constante. En particular, observaran el comportamiento de un imán que se
desplaza en el interior de un cilindro metálico hueco, en comparación con el comportamiento de
otro material cualquiera, que no este magnetizado. El objetivo principal, así como el reporte
correspondiente a esta práctica consistirán en que ustedes infieran del comportamiento observado
que ley o leyes físicas de electromagnetismo explican lo observado. Lo que se calificara en esta
sesión sera la capacidad que tengan ustedes de inferir el fenómeno físico que esta detrás de lo
que observen, por lo que la claridad y coherencia de su reporte serán claves en la evaluación de
esta semana. Otra parte esencial del reporte consistira en contestar los problemas de la pregunta
4 de l amanera mas clara y sencilla que puedan. Ustedes deberán ser capaces de desarrollar y
explicar que efecto físico esta detrás del comportamiento sencillo que observen del iman al caer
en el tubo. El reporte deberá presentar las leyes que ustedes decidan que son las responsables del
efecto observado, así como los diagramas que ustedes consideren sean necesarios para defender
su “teoría”.
Objetivos.
2.- Explicar y plantear un modelo físico sencillo que explique el comportamiento de un pequeño
imán de simetría cilíndrica, que se mueve en el interior de un cilindro metálico en reposo.
Conceptos fundamentales a revisar:
Ley de inducción de Faraday.
Material
1.- tubo de aluminio de 1.5 metros de longitud.
2.- un soporte con resorte y escala
3.- 2 objetos cilíndricos de la misma masa, uno magnético, el otro normal.
4.- Un Gaussmetro digital
5.- imaginación y un buen reporte que presente un modelo físico sencillo que explique los
fenómenos observados en esta práctica.
Instrucciones.
Parte 2.Esta parte es muy sencilla en su ejecución, pero la parte interesante sera el explicar, lo mas
cuantitativamente posible el por que de el comportamiento que observaran al arrojar dos objetos,
uno magnético y el otro normal a través de un tubo de aluminio.
Instrucciones.
1.- soporten el tubo en el soporte con resorte y escala, como se les indicara en el laboratorio.
2.-dejen caer el objeto 1, no magnético a través del tubo. Estimen el tiempo de caída del objeto a
través del tubo (sera del orden de 1-2 segundo).
3.- Repitan el paso 2, pero esta vez con el objeto magnético. Estimen el tiempo de caída del
objeto magnético a través del tubo de aluminio.
Pregunta 1.- ¿Por que difieren los tiempos de caída de los dos objetos?, ¿Por qué razón el
resorte muestra que el tubo experimenta una fuerza mientras cae el objeto?
Pregunta 2.- ¿Cual es el fenómeno físico que explica los tiempos diferentes de caída de los
objetos magnético y no magnético a través de un conductor? Presentar un diagrama de fuerzas
que explique el por que el tiempo de caída en el segundo caso (caída del material magnético) es
distinto del primero.
Pregunta 3. ¿Es posible explicar el origen de la fuerza que sostiene al imán y lo hace descender
de manera uniforme en términos de la ley de Lorentz y la tercera ley de Newton? Es decir, es
posible explicar el origen de la fuerza que sostiene al imán (generada por el metal) en términos
de las dos leyes mencionadas?
4.- Medir las siguientes variables: La velocidad promedio de caída del objeto a través del tubo
(midiendo básicamente el tiempo de caída a travez de la longitud total del tubo), la intensidad
máxima del campo magnético (usando el Gaussmetro), la distancia en la cual el campo decae al
50% y el radio medio del tubo. Utilizando la velocidad media de caida del objeto, y usando el
valor medio del campo magnetico que mediste, determinar el cambio de flujo del campo
magnético (utilizar unidades MKS) que se induce al pasar el iman a travez del tubo a la
velocidad media .
Problema 4a) A partir de este valor calcular la fuerza electromotriz ( en Volts) que se induce en
el tubo de aluminio.
4b) La resistividad del aluminio es de 2.63x10-8 Ω-m. dado un anillo de radio igual al tubo que
usaste, y de ancho 1 mm, calcular su resistencia. Dada la fuerza electromotriz que calculaste en
la pregunta 4a) y usando el valor de resistencia calculada, ¿de que magnitud es la corriente que
se induce a través del tubo?¿en que sentido (asumiendo que envías el imán con el polo norte
hacia abajo?. ¿Es razonable (en orden de magnitud) el valor de corriente que obtuviste?
4c) ¿Cuál sería el valor máximo del campo magnético generado por esa corriente en el anillo
que calculaste? ¿El valor es mayor o menor al campo máximo que mediste en el imán? ¿ crees
que es realista el valor de corriente y campo que obtuviste? ¿Por qué sì o por que no? (para
responder este punto tienes que revisar el campo inducido por una solenoide circular, por la que
circula una corriente I)