La fuerza de Lorentz: una carga en movimiento en un campo magnético
1 · Predecir
Una partícula cargada se mueve a través de una región de campo magnético uniforme. ¿La fuerza magnética sobre ella depende de la velocidad de la partícula o solo de la intensidad del campo?
- La fuerza depende únicamente de la intensidad del campo, no de la velocidad.
- La fuerza magnética no depende de ninguna cantidad de forma sencilla.
- La fuerza depende tanto de la intensidad del campo como de la velocidad de la partícula: las partículas más rápidas sienten una fuerza magnética más fuerte.
2 · Configurar
- Abra el preajuste qv-cross-b y presione Restablecer. La región del campo tiene un Bz = 0.12 T fijo; la carga de prueba es q = 3×10⁻¹⁰ C.
- Habilite la lectura de fuerza-magnitud en la carga de prueba.
- Establezca los componentes de velocidad de la carga de prueba para cada prueba y registre la magnitud de la fuerza.
3 · Recopilar Datos
| Velocidad componente x v_x (m/s) | Velocidad componente y v_y (m/s) | Magnitud de fuerza F (µN) |
|---|---|---|
| 200000.00 | 150000.00 | |
| 100000.00 | 200000.00 | |
| 300000.00 | 0.00 |
Grafique la magnitud de la fuerza F (eje y) frente a la velocidad |v| = √(v_x² + v_y²) (eje x) para tus tres pruebas.
4 · Analizar
- Para una prueba, calcule |F| = |q|·|B|·|v| usando q = 3×10⁻¹⁰ C, B = 0.12 T, |v| = √(v_x² + v_y²). Compare con la tabla.
- Explique por qué la magnitud de la fuerza magnética depende de la velocidad total de la partícula |v|, no de la dirección de su velocidad, aunque la dirección de la fuerza sí depende de en qué dirección se mueve.
5 · Ampliar
- La fuerza magnética siempre es perpendicular a la velocidad (F = qv×B), por lo que puede cambiar la dirección de una partícula pero nunca su velocidad. Explique por qué un campo magnético por sí solo nunca puede acelerar o frenar una partícula cargada, solo dirigirla.
- Una partícula cargada que se mueve perpendicular a un campo magnético uniforme viaja en un círculo, porque la fuerza magnética siempre apunta hacia el centro del círculo. Explique, usando F = qvB, por qué una partícula más rápida en el mismo campo traza un círculo más grande.
La física detrás de este experimento
Fuerza de Lorentz (magnética)
Una carga q que se mueve con velocidad v a través de un campo magnético B experimenta una fuerza F = qv×B, perpendicular tanto a su velocidad como al campo. Su magnitud es |F| = |q||v||B| cuando v es perpendicular a B.