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Tren magnético (*)
Montaje
que usa la fuerza de repulsión
entre dos campos magnéticos para impulsar un
movimiento tal como ocurre en el tren magnético.
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Se monta
en el laboratorio un dispositivo que
simula un tren magnético. La vía-túnel se construye enrollando sobre una
varilla de 1m de longitud y 2cm de diámetro un hilo
de cobre y dando 100 vueltas
completas de hilo por cada cm de extensión.
Para simular el tren se introduce una pila
convencional de 1.5V de 3cm de longitud, en el
interior del solenoide: a)
¿Cuánto hilo necesitamos para la
elaboración del solenoide completo (de 1m)? b)
Calculad la corriente que circula por la
parte del solenoide que está en contacto directo con
la pila. c) Calculad la magnitud del campo
magnético que se induce en el interior del solenoide
y empuja a la pila. d) Calculad el flujo
magnético que atraviesa el sistema pila + imanes
(Datos:
diámetro de la pila y de los imanes: 1.5cm,
diámetro del hilo de cobre: 0.4mm, resistividad del
cobre: 0.017Ω /m)
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Pistola
magnética (*)
Montaje
de una versión sencilla del cañón de Gauss, que,
entre otras aplicaciones, ha dado lugar a diseños de
pistolas magnéticas. |
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Se construye una “pistola magnética” que consta de
dos imanes, es decir, habrá dos tramos de
aceleración. En ella la primera bola está separada
del primer imán 10cm, la segunda 20cm
y la tercera, que ya actúa como proyectil, se separa
del objetivo otros 20cm. Suponemos que a
distancias tan cortas la fuerza con la que el imán
atrae a las bolas de metal, de 20g, es
constante e igual a 4N (en realidad esta F
aumenta conforme la distancia bola-imán disminuye. Calculad la velocidad, en km/h, con
la que sale disparado el objetivo, que pesa 40g.
(Dato: Suponed que todos los choques son elásticos y
que, cuando las bolas chocan con cada imán terminan
en reposo y la transferencia de momento es total de
un objeto al siguiente)
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Motor
homopolar (*)
Montaje de un dispositivo en el que se visualiza la
acción de la fuerza magnética sobre un conductor;
que da lugar, en este caso, a un movimiento de
rotación. |
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Se construye un motor homopolar elemental realizando
un montaje imán + pila + espira. Suponiendo que los
valores de las magnitudes sean los que se indican en
el esquema adjunto (el esquema puede verse en el
documento textual), que las líneas del campo
magnético que emite el imán son transversales al
conductor en cada caso en la dirección de las
flechas rojas y que tienen el mismo valor a lo largo
de toda la extensión de cada hilo, se pide: a)
Indicad el sentido de la fuerza que el campo
magnético ejerce sobre la espira y decid en qué
sentido girará. b) Si la intensidad de
corriente que sale de la pila y circula por la
espira es de 10 A, calculad cual debe ser la
longitud de los tramos a y b para que la fuerza que
se ejerza sobre toda la espira sea la misma y gire
correctamente. c) Suponiendo que la fuerza
que produce el giro es la calculada en el apartado
anterior, calculad el momento angular sobre el
extremo largo de la espira. d) Si la
varilla es de 40 g, calcula la aceleración, angular
y tangencial, con la que gira. |
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Balanza
magnética (*)
Montaje para obtener
la fuerza que ejerce un imán sobre un objeto
igualándola con el peso del mismo, como ocurre en
algunos tipos de balanza magnética. |
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Se puede construir un colgador magnético elemental
basado en la igualación de la fuerza que ejerce un
imán sobre un objeto metálico con el peso del mismo.
Supongamos que, con objeto de montar este
dispositivo, usamos un imán y necesitamos determinar
la fuerza atractiva que ejerce sobre un cuerpo
metálico. A tal fin, colgamos peso de él hasta que
se desprende, llegando a sostener 3 kg. a)
¿Cuál es la fuerza del imán? b) Este peso se
descuelga desde una altura de 2 m y cae sobre uno de
los lados de un trampolín. En el otro lado hay una
bola metálica de 1 kg. ¿Hasta qué altura sube esta
bola? c) Para tratar de que la bola ascienda
hasta los 10 m se coloca un imán cuya fuerza de
atracción sobre la bola puede aproximarse a una
constante de 5 N. ¿Sería suficiente?
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Hierro en los cereales (**)
Experimento para comprobar la posible
presencia de hierro en algunos alimentos y poner en
evidencia si tienen propiedades magnéticas. |
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Tenemos el recipiente de cereales de avena que
muestra la imagen adjunta (la imagen puede verse en
el documento textual).Cogemos un cereal, medimos su
superficie (2cm2), y lo pesamos:
su masa es de 2g. a) ¿Qué masa de
hierro tenemos en el cereal? b) Si ponemos el
cereal perpendicular a un campo magnético uniforme
de 0.1T, ¿cuál será el flujo sobre el mismo?
c) A pesar de estar sometido a un campo
magnético y a ser una sustancia magnética, no
observamos que el cereal se vea afectado por el
campo magnético. ¿Por qué, si ambas sustancias, el
cereal y el imán, son magnéticas? d) Teniendo
lo anterior en cuenta, poned una cota máxima a la
fuerza magnética que se ejerce entre el imán y el
cereal utilizado anteriormente. |
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Plasma (**)
Experimento en el que se genera y se observa un
“plasma casero”.
Realizado con la colaboración de Carlos
Romero (técnico de Laboratorio de la UCM) |
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Sea
un experimento en el que, tras eliminar la mayor
parte del gas atmosférico, se introduce argón (Ar) en una
campana y, al aplicar un voltaje, se acumulan
electrones en un electrodo (es decir, se obtiene un cátodo).
Mediante la colisión de los átomos de Ar con el
cátodo, arrancamos electrones del mismo, los cuales a su vez
colisionan con los átomos de Ar, ionizándolos y generando un
plasma: a) Escribid la configuración electrónica de
los átomos (18 electrones) e iones de Ar. b) Justificad por qué,
a diferencia de otros gases más comunes como el
nitrógeno o el oxígeno, el argón es un gas
monoatómico y razonar por qué se utiliza en un
sistema de deposición de materiales como este. c) En
ocasiones, estos sistemas llevan imanes
incorporados. Escribid la ecuación de la
fuerza de un electrón que se encuentre en la campana
de la imagen (se puede ver en el documento textual),
si además de al campo eléctrico, se ve sometido a un
campo magnético uniforme en la misma dirección. ¿Qué
trayectoria seguirá el electrón en este caso?
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