Forța Lorentz
Un câmp magnetic poate împinge o sarcină în mișcare, dar doar lateral — perpendicular și pe viteza ei, și pe câmpul însuși. Această împingere laterală nu accelerează și nici nu încetinește niciodată sarcina; doar îndoaie traiectoria, curbind-o într-un cerc dacă câmpul rămâne constant.
Formula
F = q · v · B
- F — forța (N): împingerea magnetică laterală asupra sarcinii
- q — sarcina (C): cantitatea de sarcină electrică purtată de particulă
- v — viteza (m/s): cât de repede se mișcă sarcina, aici perpendiculară pe câmp
- B — câmpul magnetic (T): tăria câmpului magnetic prin care se mișcă sarcina
Exemplu rezolvat
O particulă încărcată cu sarcina de 2 coulombi se mișcă cu 3 metri pe secundă, perpendicular pe un câmp magnetic de 5 tesla. Ce forță simte?
- q = 2 C
- v = 3 m/s
- B = 5 T
- F = q · v · B
- F = 2 C · 3 m/s · 5 T
F = 30 N
Testează-te
Aceeași sarcină de 2 coulombi se mișcă acum cu 3 metri pe secundă printr-un câmp mai puternic, de 10 tesla. Care este forța asupra ei?
- 30 N
- 15 N
- Răspuns corect: 60 N
Corect! Dublarea câmpului dublează forța: 2 C × 3 m/s × 10 T = 60 N.
O sarcină pozitivă se mișcă la dreapta printr-un câmp magnetic care arată în interiorul paginii. În ce direcție o împinge forța magnetică?
- Răspuns corect: În sus
- În jos
- Înainte, în aceeași direcție în care se mișcă deja
Corect! Folosind regula mâinii drepte, o sarcină pozitivă care se mișcă la dreapta într-un câmp care arată în interiorul paginii simte o forță care o împinge în sus.
Unde vezi asta
Un televizor vechi cu tub catodic direcționa fasciculul de electroni cu câmpuri magnetice, pictând ecranul îndoind particulele încărcate de mii de ori pe secundă. Aurorele boreale sunt aceeași fizică la scară planetară: particule încărcate de la Soare se rotesc în spirală de-a lungul liniilor câmpului magnetic al Pământului, strălucind pe măsură ce se curbează.
Greșeli frecvente
Subtilitatea-cheie este că forța magnetică nu efectuează niciun lucru mecanic: F = q · v · B împinge perpendicular pe viteză, deci poate îndoi o traiectorie dar nu poate niciodată accelera sau încetini sarcina. Greșirea direcției este cealaltă alunecare — forța este perpendiculară atât pe viteză cât și pe câmp (mâna dreaptă: degetele de-a lungul vitezei, curbate spre câmp, degetul mare de-a lungul forței). O sarcină pozitivă la 3 m/s care traversează un câmp de 10 T simte 2 C × 3 m/s × 10 T = 60 N lateral.
Cum se leagă
Curenții creează câmpuri și câmpurile împing sarcinile în mișcare — cele două jumătăți ale perechii cu feedback a electromagnetismului, la o lecție distanță. Legea lui Faraday, următoarea, adaugă a treia: un câmp care se schimbă creează singur o tensiune care conduce un curent. Această împingere laterală, care păstrează viteza, este motivul pentru care motoarele se rotesc și pentru care particulele încărcate merg în cercuri în acceleratoare.