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Momento de una fuerza sobre una espira cuadrada - Contenido educativo

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Subido el 28 de marzo de 2021 por Àngel Manuel G.

111 visualizaciones

En este vídeo fabricamos un motor electromagnético gracias a una espira cuadrada en el seno de un campo magnético.

Repasa el concepto del momento de una fuerza aquí: https://mediateca.educa.madrid.org/video/1ofl3w1ren4ul9x8

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En este vídeo vamos a hablar sobre lo que ocurre cuando tenemos un campo magnético que aquí hemos representado de color rojo, vamos a poner B, 00:00:04
que está generado por este dispositivo de color negro que tiene en los lados, y introducimos una espira, que es un cable que da la vuelta sobre sí mismo, 00:00:15
por el cual circula una intensidad. Aquí vemos que hay un agujerito, pero ese agujerito es muy pequeño, vamos a decir que no lo tenemos en cuenta. 00:00:23
como cuesta de entender este dibujo vamos a hacer este dibujo desde dos ángulos distintos 00:00:30
en primer lugar vamos a mirarlo desde este lado de aquí 00:00:34
si lo miro desde este lado de aquí el dispositivo de color negro se ve como así 00:00:38
el campo magnético que lo hemos pintado de color rojo se ve de esta manera 00:00:45
eso es el campo magnético y la espira cuadrada se ve así 00:00:57
Por otro lado, si miramos desde este lado de aquí, que sería este lado de aquí, observamos como el campo magnético viene hacia nosotros, esto sería el campo magnético, la parte negra no la dibujo porque me taparía la visión, 00:01:10
y la espira que es cuadrada se vería como así, este lado estaría más cerca, un poquito como en perspectiva, 00:01:42
este lado quedaría más fuera de la pizarra, este lado quedaría un poquito más adentro, más adentro, así. 00:01:55
Y tendríamos una intensidad que circula de esta forma, así. 00:02:11
Aquí no he dibujado la intensidad porque costaría mucho de dibujar porque en esta parte tendríamos una que sube y una que baja y luego en uno de los lados entraría, concretamente en este lado entraría y en este lado saldría. 00:02:20
Vamos a dibujar eso. Esto que dibujamos aquí es la intensidad que entra y que sale. Insisto, en la parte esta de aquí, que sería este lado y este lado, tendría uno que sube y uno que baja. 00:02:34
Ahora que tenemos un poco más claro este dibujo vamos a empezar a observar qué fuerzas siente esta espira debido al campo magnético y resulta que las fuerzas no son especialmente interesantes 00:02:50
Porque como esto es una espira cuadrada, vamos a decir que es una espira cuadrada, cuyo lado mide L, si yo aplico la ley de Laplace voy a observar que la fuerza que siente cada lado de la espira es I por L y por B en módulo. 00:03:04
y la dirección que siente cada lado de la espira 00:03:33
esta fuerza, la vamos a dibujar, vamos a utilizar la regla de la mano derecha 00:03:37
vamos a dibujarla primero en este dibujo de aquí 00:03:40
observamos por ejemplo el lado izquierdo 00:03:44
tiene una L que va hacia arriba y un campo 00:03:48
que sale del papel, entonces el giro es este, por lo tanto si hacemos este giro 00:03:52
vemos una fuerza así, hacia allá, esta sería la fuerza 00:03:56
de ese lado si esto lo llevamos aquí en este caso la intensidad va hacia allá vale si llevo esa 00:04:01
intensidad hacia el campo me sale una fuerza hacia adentro esta sería la fuerza de este lado de aquí 00:04:11
vamos a ver el lado paralelo que hay al otro lado en este caso tenemos la intensidad hacia abajo y 00:04:20
el campo sube hacia arriba, es una fuerza que va hacia la izquierda, en este caso esta intensidad 00:04:27
que va así sería una intensidad que viene hacia acá y si llevo esa intensidad hacia, 00:04:40
viene hacia acá, sí, es una intensidad que va así y si llevo esa intensidad hacia el campo me sale 00:04:48
hacia arriba, esta es la fuerza. Vamos a esta rama de arriba, la rama de arriba tiene una intensidad 00:04:53
hacia la derecha y el campo hacia arriba con lo cual es así y el campo sale hacia abajo la fuerza 00:05:03
magnética sale hacia abajo si hacemos lo mismo en este dibujo ahora la intensidad va hacia abajo y 00:05:08
el campo viene hacia acá por lo tanto lo que vamos a observar es que desde abajo no puedo poner la 00:05:16
mano bien pero así y nos sale una fuerza vertical y para abajo y por último en este caso de aquí 00:05:24
abajo observamos que la intensidad va hacia la izquierda y el campo hacia arriba por lo tanto 00:05:34
así y en este caso de aquí pues tendremos una intensidad hacia arriba un campo hacia la derecha 00:05:39
y esto hace así y me sale hacia arriba si observamos este dibujo de aquí parece que lo único que hacen 00:05:50
estas fuerzas es intentar aplastar la espira si nosotros consideramos que nuestra espira no se 00:06:01
puede aplastar es muy rígida entonces estas fuerzas simplemente pues se anularán debido a la rigidez 00:06:06
de la espira y no ocurrirá nada sin embargo si nos fijamos en este dibujo de aquí en el que se 00:06:11
ve que esta fuerza de arriba y esta fuerza de abajo no son hacia el centro de la espira sino 00:06:18
que son de esta forma lo que observamos es que esto se va a comportar como un balancín va a 00:06:23
hacer que este punto baje y que este punto suba estas dos no estas dos se van a doblar aquí ya 00:06:28
vemos que van hacia el centro y aquí también por lo tanto estas dos no hacen nada pero estas dos 00:06:34
van a hacer que la espira gire sin embargo no se va a desplazar todas las fuerzas tienen el 00:06:38
mismo módulo y dos a dos se anulan la suma de fuerzas que es masa por aceleración va a ser 00:06:45
cero no hay desplazamiento desplazamiento ahora bien lo que sí que va a haber es un giro un giro 00:06:54
que va a ser este punto así y este punto así cuando las cosas giran no trabajamos 00:07:11
con fuerzas sino que para girar utilizamos lo que se llama el momento 00:07:17
de una fuerza que se representa con la letra m 00:07:22
y que es la distancia producto vectorial con 00:07:32
la fuerza como hacemos esto entonces nos vamos a 00:07:37
preocupar solamente de esta fuerza y esta fuerza que son las que nos hacen 00:07:42
girar voy a volver a hacer el dibujo si tenemos esto así tenemos esto de aquí 00:07:45
os voy a poner en la descripción el enlace al vídeo donde explicamos por 00:07:55
primera vez el momento de una fuerza para que si no nos acordamos lo repasemos 00:07:59
tendremos aquí una fuerza y aquí otra fuerza esto sería como cuando tenemos 00:08:03
una puerta, intentamos abrirla, pero en este caso no tenemos una bisagra que nos ancle 00:08:12
la puerta, simplemente estas dos fuerzas se compensan exactamente, se parece más al giro 00:08:16
de un volante. Y el giro de un volante se produce alrededor del centro del volante, 00:08:20
es decir, este punto de aquí va a ser el punto fijo que no se va a mover, por lo tanto 00:08:26
esta R de aquí va a ser esta distancia R y esta distancia R que coinciden exactamente 00:08:31
con la mitad del lado del cuadrado. Por lo tanto, ¿cuánto va a ser el momento que va 00:08:42
a sentir esta espira? En uno de los lados, el momento digamos a la izquierda, va a ser 00:08:48
en módulo como tenemos aquí un cierto ángulo 00:08:58
vamos a poner cita pues va a ser 00:09:01
esta R que hemos dicho es L medios 00:09:05
por esta fuerza que es 00:09:08
ILB 00:09:11
por el seno de este ángulo de cita 00:09:13
y hacia donde nos va a hacer girar 00:09:18
esta fuerza pues nos va a hacer girar 00:09:20
así 00:09:23
y esa dirección es positiva en el eje Z 00:09:24
por lo tanto esto va a ser en el sentido más K 00:09:30
no lo pongo multiplicando porque no le he puesto aquí vector 00:09:34
¿vale? 00:09:37
¿cómo hemos descubierto que es más K? 00:09:39
fijaros que si yo llevo la R hacia la F parece que vamos al revés 00:09:41
sin embargo para hacer el producto vectorial 00:09:44
tengo que poner los dos vectores con el origen común 00:09:46
si pongo los vectores con origen común 00:09:48
tengo la R así y la F así 00:09:51
y el giro que hago efectivamente es este 00:09:53
¿cómo sería el momento en el otro lado? 00:09:57
podemos decir, este es el punto 1 00:10:03
y este es el punto 2 00:10:05
y esto va a ser momento 1, momento 2 00:10:06
¿cómo va a ser? va a ser L medios 00:10:09
tenemos aquí este ángulo 00:10:12
en realidad el ángulo cita debería ser este de aquí 00:10:16
para que todo funcionase, este no es cita 00:10:18
tenemos ILB de nuevo 00:10:21
tenemos el seno de este ángulo cita 00:10:25
¿vale? y ¿hacia dónde me hace girar esto? pues también me hace girar así 00:10:28
si los pongo con la fuerza aquí 00:10:32
y la R aquí, efectivamente la R hacia la fuerza 00:10:36
me sale este ángulo cita con el giro positivo 00:10:40
en el eje Z, cuando yo sume estos momentos 00:10:44
observaremos que el momento total que siente 00:10:49
la espira es, ya no es L medios porque como son iguales 00:10:54
pues es por dos es y el cuadrado b por el seno del ángulo 00:10:57
y que me hace girar en este sentido antihorario tal como hemos dibujado 00:11:06
nosotros este sistema esto me hace girar hacia acá 00:11:10
vale podemos observar entonces que esto de aquí lo que va a hacer es que esta 00:11:15
espira gire si hacemos que esta espira gire lo que estamos construyendo es un 00:11:20
motor magnético electromagnéticos y así es como calcularíamos el momento que 00:11:26
actúa sobre una espira cuadrada 00:11:38
Valoración:
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Idioma/s:
es
Autor/es:
Àngel M. Gómez Sicilia
Subido por:
Àngel Manuel G.
Licencia:
Reconocimiento - No comercial - Compartir igual
Visualizaciones:
111
Fecha:
28 de marzo de 2021 - 19:22
Visibilidad:
Público
Duración:
11′ 46″
Relación de aspecto:
1.78:1
Resolución:
1920x1080 píxeles
Tamaño:
409.01 MBytes

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