Ejercicios: Fenómenos gravitatorios, eléctricos y magnéticos

Se te cae el sándwich y termina en el piso. ¿Qué fuerza lo llevó hasta ahí? ¿Hizo falta que algo lo tocara o lo empujara hacia abajo? ¿Cómo se llaman las fuerzas que actúan sin contacto?

Completá la frase: «La gravedad es una fuerza de la naturaleza que atrae a $\dots$ los objetos hacia el centro de la $\dots$, sin necesidad de $\dots$ con ellos».

Al sacarte un buzo de polar en invierno escuchás unos chasquidos y notás que el pelo se te eriza. ¿Qué tipo de fuerza produce estos efectos: gravitatoria, eléctrica o magnética? ¿Actúa por contacto o a distancia?

Marta juega con dos imanes de barra que tienen los polos marcados, como se muestra en la figura.

¿Qué ocurre si acerca dos polos norte entre sí? ¿Y si acerca un polo norte con un polo sur? Escribí la regla general de los polos magnéticos.

¿Qué es una brújula y para qué se usó durante siglos? ¿Por qué su aguja apunta siempre aproximadamente hacia el norte?

Clasificá estos fenómenos según la fuerza de la naturaleza que los produce (gravitatoria, eléctrica o magnética):

1. a) Una pera se desprende del árbol y cae.
2. b) Un clip se queda pegado al imán de la heladera.
3. c) Al sacar la ropa de la secadora, unas medias se quedan pegadas a una remera.
4. d) La Luna gira alrededor de la Tierra sin escaparse.

Los planetas del sistema solar giran alrededor del Sol sin salirse de sus órbitas. ¿Qué fuerza los retiene? ¿Necesita el Sol tocar a los planetas para atraerlos?

Marina acerca un imán a una chinche y esta «salta» hacia el imán antes de llegar a tocarlo, como se muestra en la figura.

1. a) ¿Cómo llamamos a las fuerzas que, como esta, actúan sin que haya contacto?
2. b) ¿Saltaría igual una chinche hecha de plástico? ¿Por qué?

En clase frotamos dos varillas de plástico con el mismo paño y colgamos una de ellas de un hilo. Al acercar la segunda varilla, la colgada se aparta, como se muestra en la figura.

1. a) ¿Se atraen o se repelen las varillas?
2. b) ¿Qué indica el resultado sobre el signo de sus cargas?
3. c) ¿De qué tipo es la fuerza que observamos?

Acercás un globo que frotaste con lana a un chorrito fino de agua de la canilla y el agua se curva hacia el globo, como se muestra en la figura.

1. a) ¿Qué tipo de fuerza desvía el agua?
2. b) ¿Por qué decimos que actúa a distancia?
3. c) ¿Se curvaría el chorro si el globo no estuviera frotado? Justificalo.

Una pesa de cocina de $1\ \text{kg}$ viaja a la Luna.

1. a) ¿Sigue teniendo $1\ \text{kg}$ de masa allí?
2. b) ¿Pesa lo mismo en la Luna que en la Tierra?
3. c) Explicá con tus palabras la diferencia entre masa y peso.

En la Luna la gravedad es unas $6$ veces menor que en la Tierra. Con tu mejor impulso conseguís levantar los pies $30\ \text{cm}$ del suelo en la Tierra.

1. a) ¿Qué altura alcanzarías en la Luna con el mismo impulso?
2. b) Explicá por qué los astronautas avanzaban dando «saltitos» por la superficie lunar.

Teo mueve un clip por encima de la mesa deslizando un imán por debajo del tablero, sin tocar el clip en ningún momento, como se muestra en la figura.

1. a) ¿Qué tipo de fuerza actúa sobre el clip?
2. b) Nombrá otra fuerza de la naturaleza que también actúe sin contacto.
3. c) Indicá una semejanza y una diferencia entre la fuerza magnética y la fuerza gravitatoria.

La aguja de una brújula apunta al norte, pero al acercar un imán potente se desvía de su posición.

1. a) ¿Por qué se desvía la aguja?
2. b) ¿Qué nos indica esto sobre el motivo por el que la brújula apunta al norte cuando no hay imanes cerca?
3. c) ¿Sería confiable orientarse con una brújula dentro de una caja llena de imanes?

Durante una tormenta, dentro de las nubes se separan cargas eléctricas y de pronto salta un rayo hacia el suelo, como se muestra en la figura.

1. a) ¿A qué tipo de fuerza de la naturaleza se debe el rayo?
2. b) Muchos edificios llevan un pararrayos: una punta metálica en lo alto conectada a tierra. ¿Para qué sirve?

Probamos un imán con objetos de un cajón: un clip, una bolita de vidrio, una cuchara de acero, una goma de borrar, un tornillo de hierro y un tapón de corcho.

1. a) Predecí cuáles atraerá el imán.
2. b) ¿Qué tienen en común los objetos atraídos?
3. c) ¿Por qué decimos que la fuerza magnética es «selectiva» mientras que la gravedad no lo es?

Compará las tres fuerzas de la naturaleza estudiadas en el tema (gravitatoria, eléctrica y magnética) respondiendo para cada una a estas preguntas: ¿atrae a todos los objetos o solo a algunos?, ¿puede también repeler?, ¿necesita contacto? Terminá poniendo un ejemplo cotidiano de cada una.

Imaginá que de un día para otro la gravedad de la Tierra se hiciera el doble de intensa. Describí y justificá tres cambios que notarías en tu vida diaria, pensando por ejemplo en tu mochila, en el deporte que practicás o en cómo caen los objetos.

En la superficie de Marte la gravedad es unas $3$ veces menor que en la Tierra.

1. a) Si en la Tierra pesás $450\ \text{N}$, ¿cuánto pesarías en Marte?
2. b) ¿Habría cambiado tu masa? Justificalo.
3. c) ¿Te resultaría más fácil o más difícil levantar allí tu mochila? ¿Por qué?

Querés comprobar cómo depende la fuerza de un imán de la distancia. Diseñá la experiencia con un imán, un clip y una regla: explicá qué montarías, qué medirías, qué compararías y qué resultado esperás obtener.

En plena tormenta eléctrica, en el campo, conviene evitar ciertos lugares.

1. a) ¿Por qué es peligroso refugiarse bajo un árbol alto y aislado?
2. b) Los pararrayos se colocan en el punto más alto de los edificios y se conectan al suelo: razoná por qué esa posición y esa conexión.
3. c) ¿Por qué creés que se recomienda salir del agua de la pileta o de la playa cuando hay tormenta?

Un excursionista perdió su brújula, pero lleva una aguja de coser, un pequeño imán y un corcho, y puede conseguir un vaso con agua.

1. a) Proponé un método para improvisar una brújula con esos objetos.
2. b) Explicá por qué la aguja va a terminar apuntando aproximadamente al norte.
3. c) ¿Qué pasaría con todas las brújulas del mundo si la Tierra dejara de comportarse como un imán?

Tras frotar un globo con un paño seco, el globo atrae tu pelo aunque el pelo no esté cargado.

1. a) Explicá cómo puede el globo atraer el pelo sin tocarlo.
2. b) El truco deja de funcionar al cabo de un rato: ¿a dónde creés que se van las cargas del globo?
3. c) Predecí si el experimento funcionará mejor en un día seco o en uno húmedo, y razoná la respuesta.

Una nave espacial viaja de la Tierra a Marte.

1. a) ¿Qué fuerza de la naturaleza actúa sobre la nave durante todo el viaje?
2. b) Al alejarse de la Tierra, ¿la atracción que la Tierra ejerce sobre la nave aumenta o disminuye?
3. c) Cuando la nave esté mucho más cerca de Marte que de la Tierra, ¿qué cuerpo creés que atraerá con más fuerza a la nave? Razoná tus respuestas pensando en la masa de los cuerpos y en la distancia.

Reto del tema. Diseñá tu propio dinamómetro casero y analizá las fuerzas cotidianas en tu entorno.

1. Calibración experimental: Colgá una banda elástica de un soporte fijo. Suspendé de ella distintas masas conocidas usando recipientes con agua ($50\text{ ml}$, $100\text{ ml}$, $150\text{ ml}$ y $200\text{ ml}$, sabiendo que $100\text{ ml} \approx 0,1\text{ kg}$). Medí cada alargamiento $\Delta l$ con una regla anotando su incertidumbre ($\pm 0,1\text{ cm}$) y calculá el peso correspondiente con $P = m \cdot g$ (usando $g = 9,8\text{ m/s}^2$).

2. Tratamiento de datos: Construí una tabla con tus valores y dibujá el gráfico $P$ en función de $\Delta l$ para verificar la ley de Hooke y deducir la constante elástica $k$. Justificá por qué el sistema alcanza el equilibrio de fuerzas cuando el peso se detiene.

3. Fuerzas a distancia: Frotá intensamente una lapicera de plástico con una prenda de lana y acercala a un pequeño trozo de papel suspendido (o acercá un imán de heladera a un clip metálico suspendido). Observá y razoná cómo esta interacción electrostática o magnética actúa como agente de cambio capaz de vencer el reposo a distancia.

Elaborá un breve informe científico que incluya la tabla de datos, el gráfico y tus conclusiones razonadas.

Se valorará:

• Rigor en las mediciones caseras y especificación clara de la incertidumbre instrumental.

• Calidad del gráfico elaborado y cálculo correcto de la constante elástica $k$.

• Justificación física del equilibrio estático y de los efectos de las fuerzas a distancia.