Física: Caída Libre, Gravitación Universal, Electrostática y Magnetismo Explicados

Caída libre

Un cuerpo se encuentra en caída libre cuando solo actúa la fuerza de la gravedad, es decir, cuando ya no lo tocamos en el aire.

• Los satélites artificiales que orbitan la Tierra también están en caída libre; su recorrido es una elipse.
• Igual que los satélites, los astros orbitan alrededor de otros mayores. Ejemplo: la Luna orbita alrededor de la Tierra debido a la acción de la gravedad terrestre. También lo hacen los planetas, que orbitan alrededor del Sol por su acción gravitatoria.

Esta idea fue de Isaac Newton, quien se preguntó por qué la Luna no llegaba a golpear el suelo como una manzana. Así se enunció la ley de la gravitación universal.

Estructura de la materia y carga eléctrica

La materia está formada por átomos, y estos a su vez por protones, electrones y neutrones. Entre sus propiedades se encuentra la carga eléctrica, cuya unidad en el Sistema Internacional es el culombio (C).

• Protones: carga positiva, e = +1,602 · 10^-19 C.
• Electrones: carga negativa, −e = −1,602 · 10^-19 C.
• Neutrones: sin carga.

A los átomos cargados se les llama iones: aniones si su carga es negativa y cationes si es positiva.

La fuerza eléctrica es la interacción entre partículas: las del mismo tipo de carga se repelen y las de distinto tipo se atraen.

Tipos de electrización

• Por frotamiento: al frotar un cuerpo con otro pueden pasar cargas eléctricas (electrones) de uno a otro. Ejemplo: frotar una barra de ámbar con un paño de lana.
• Por contacto: cuando un cuerpo cargado se pone en contacto con otro, su carga eléctrica se distribuye entre ambos, quedando los dos con el mismo tipo de carga. Todos estos cuerpos son electrostáticos. Ejemplo: cargar una varilla y acercarla a una esfera neutra.
• Por inducción: al acercar un cuerpo cargado a un conductor neutro, sus cargas se mueven: las de igual signo se alejan y las de signo opuesto se acercan, quedando el conductor polarizado. Ejemplo: cargar un globo frotándolo en el pelo y acercarlo a papeles pequeños.

Ley de Coulomb

Fue enunciada por Charles Agustin de Coulomb. La fuerza con la que dos cargas Q y q, separadas una distancia r (centro a centro), se atraen o repelen es directamente proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa.

A la fuerza que surge entre cargas en reposo se la denomina fuerza electrostática.

Diferencias entre la fuerza electrostática y la gravitatoria

• La fuerza electrostática puede ser de atracción o repulsión, mientras que la gravitatoria es siempre de atracción.
• La fuerza gravitatoria es muy débil comparada con la electrostática, ya que la constante k es unos 10²⁰ veces mayor que la constante G.

Magnetismo

El magnetismo es el fenómeno físico en el que los objetos ejercen atracción o repulsión sobre otros. El único imán natural mineral se llama magnetita.

La brújula se basa en el campo magnético terrestre y en la propiedad de los imanes de orientarse en el sentido de las líneas de fuerza de dicho campo.

Tipos de materiales

• Diamagnéticos: mercurio, plata, oro, cobre.
• Paramagnéticos: aluminio, platino, titanio.
• Ferromagnéticos: acero, hierro, níquel.

Experimento de Oersted

Al colocar una aguja imantada cerca de un conductor por el que circula una corriente eléctrica, la aguja se desvía, evidenciando la presencia de un campo magnético. Este experimento demostró la relación entre la electricidad y el magnetismo.