En este post te explicamos qué es la fuerza magnética (o fuerza electromagnética) y cómo se calcula. Así pues, encontrarás cuál es la fórmula de la fuerza magnética y ejercicios resueltos de este tipo de fuerza.
Índice
¿Qué es la fuerza magnética?
La fuerza magnética, también llamada fuerza electromagnética, es aquella fuerza que ejerce un campo magnético sobre un cuerpo. En concreto, la fuerza magnética se produce cuando una partícula con carga eléctrica se mueve por un campo magnético.
Como cualquier otra fuerza, la fuerza magnética se mide en newtons (N). Así pues, la unidad del campo magnético es el tesla (T), pero la fuerza que ejerce dicho campo se expresa en newtons (N).
Cabe destacar que la fuerza magnética y la fuerza de Lorentz no son exactamente lo mismo, aunque están relacionadas. La fuerza magnética representa la parte magnética de la ley de Lorentz, no obstante, esta también incluye la fuerza eléctrica en su expresión.
Fórmula de la fuerza magnética
La fuerza magnética (o fuerza electromagnética) que actúa sobre una partícula es igual a la carga de dicha partícula multiplicada por el producto vectorial (o producto cruz) de su velocidad y el campo magnético.
Asimismo, el producto vectorial de dos vectores es equivalente al producto de sus módulos por el seno del ángulo que forman. Por lo tanto, la fuerza magnética se puede calcular multiplicando la carga de la partícula por su velocidad por el valor del campo magnético por el seno del ángulo que forman la velocidad de la partícula y el campo magnético.
En definitiva, la fórmula de la fuerza magnética es la siguiente:
Donde:
es la fuerza magnética.
es la carga eléctrica que recibe el efecto de la fuerza magnética.
es la velocidad de la carga eléctrica.
es la intensidad del campo magnético.
es el ángulo que forman la velocidad de la carga y el vector campo magnético.
Por lo tanto, aunque haya campo magnético, si la partícula está en reposo, el campo magnético no ejercerá ninguna fuerza sobre la partícula ya que la fórmula da como resultado cero.
Dirección y sentido de la fuerza magnética
La fórmula anterior nos permite determinar el módulo de la fuerza magnética, sin embargo, para saber la dirección y sentido de la fuerza magnética tenemos que emplear la regla de la mano derecha:
La regla de la mano derecha consiste en colocar el dedo índice de la mano derecha con la misma dirección y sentido que el vector velocidad (la dirección del movimiento de la partícula), luego debes situar el dedo corazón con la misma dirección y sentido que el campo magnético. Entonces, el dedo pulgar indicará la dirección y sentido de la fuerza magnética si la carga es positiva. Pero si la carga eléctrica es negativa, la fuerza magnética tendrá la misma dirección pero con el sentido contrario al que marca el pulgar.
Ejercicio resuelto de la fuerza magnética
- Un protón y un electrón, ambos con una velocidad de 3·105 m/s, penetran en una región del espacio en la que hay un campo magnético uniforme perpendicular a las velocidades de 0,2 T. Calcula la fuerza magnética que actúa en cada partícula y cuál será la trayectoria que seguirá. Datos: mp=1,67·10-27 kg; me=9,11·10-31 kg; q=1,6·10-19 C.
En primer lugar, calculamos la fuerza magnética que actúa en cada caso, cuya fórmula es:
En el caso del protón, la carga es positiva y por la regla de la mano derecha deducimos que la fuerza magnética será vertical hacia abajo. El valor de dicha fuerza es:
Como la fuerza magnética es perpendicular a la velocidad, provocará que el protón gire hacia abajo y haga un movimiento circular uniforme.
La fuerza magnética que actúa sobre el electrón tendrá el mismo valor y dirección que la fuerza magnética del protón, pero su signo será opuesto:
En este caso la fuerza magnética es perpendicular a la velocidad y hacia arriba, por lo que el electrón girará hacia arriba y también hará un movimiento circular uniforme.
Fuerza magnética sobre un conductor rectilíneo
Para calcular la fuerza magnética que actúa sobre los electrones que circulan por un conductor rectilíneo se puede utilizar la forma vista más arriba. No obstante, también se puede hallar mediante una fórmula más fácil, a continuación veremos cómo.
La fuerza magnética total que actúa sobre los electrones que circulan por un conductor de electricidad rectilíneo se puede determinar con la siguiente fórmula:
Donde:
- es la fuerza magnética.
es la intensidad de la corriente eléctrica.
es la longitud del conductor eléctrico rectilíneo.- es el módulo del campo magnético.
- es el ángulo que forman el conductor con el vector del campo magnético.
Fuerza magnética y fuerza eléctrica
En electromagnetismo, resulta habitual estudiar la fuerza magnética y la fuerza eléctrica de manera conjunta, ya que en realidad ambas pueden aparecer en el mismo problema.
La fuerza eléctrica es aquella fuerza que aparece cuando dos o más cuerpos están cargados eléctricamente, es decir, la fuerza eléctrica es el resultado de la interacción entre dos o más cargas eléctricas.
En general, cuando actúa la fuerza magnética también hay alguna fuerza eléctrica en el sistema. Por otro lado, puede que en un sistema existan una o varias fuerzas eléctricas pero la fuerza magnética sea nula.
Para ver cómo se calcula la fuerza que ejerce un campo eléctrico, haz clic aquí:
