Fundamentos de Electromagnetismo, Gravitación y Leyes de Kepler

Definición de Amperio

El amperio se define como la intensidad de corriente que circula por dos conductores rectilíneos, paralelos e indefinidos, separados una distancia de un metro en el vacío, cuando ambos se atraen o repelen con una fuerza de F = 2 x 10^-7 N/m.

Conservación del Momento Angular

Si la suma de los momentos de las fuerzas exteriores que actúan sobre un sistema es cero, el momento angular del sistema permanece constante. Para que este valor sea 0, debe darse alguna de las siguientes condiciones:

• Que no existan fuerzas exteriores.
• Que exista una fuerza paralela al vector posición r (donde α = 0º).
• Que la fuerza pase por el eje de giro (donde r = 0).

Leyes de Kepler sobre el Movimiento Planetario

A partir de las observaciones astronómicas, podemos deducir las tres leyes fundamentales:

• Primera ley de Kepler: Los planetas se mueven en órbitas elípticas con el Sol situado en uno de sus focos.
• Segunda ley de Kepler: La recta que une un planeta con el Sol (radio vector) barre áreas iguales en tiempos iguales.
• Tercera ley de Kepler: El cuadrado del periodo del movimiento de un planeta es directamente proporcional al cubo de la distancia media del planeta al Sol.

Analogías y Diferencias entre el Campo Gravitatorio y el Eléctrico

1. Centralidad: Ambos son campos centrales, ya que su dirección es la línea que une un punto con el lugar donde se encuentra la carga o masa que lo crea. Asimismo, su valor es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que existe entre ambos.
2. Carácter conservativo: Ambos campos son conservativos. Si se realiza una fuerza sobre un cuerpo, el trabajo (W) se transforma en energía potencial (E_p), la cual es recuperada al cesar la fuerza. El trabajo no dependerá del camino seguido, sino solo de la posición inicial y final del cuerpo.
3. Dependencia del medio: La constante G es una constante universal; por tanto, el campo gravitatorio creado por un cuerpo es independiente del medio que le rodea. En cambio, la constante K del campo eléctrico varía de un medio a otro.
4. Sentido del campo: El campo gravitatorio que crea un cuerpo está dirigido siempre hacia dicho cuerpo (atractivo), mientras que el campo eléctrico tiene distinto sentido según el signo de la carga que lo crea (atractivo o repulsivo).
5. Efectos del movimiento: El campo gravitatorio creado por una masa en movimiento no se altera por ese hecho. Sin embargo, en el caso de cargas en movimiento, aparece una nueva interacción denominada interacción magnética, además de la eléctrica.

El Campo Magnético y sus Magnitudes

El campo magnético es la perturbación que un imán o una corriente eléctrica produce en el espacio que le rodea. Sus fórmulas principales son:

• Fuerza sobre una carga en movimiento: F_m = q(V x B) o F_m = qVB sen α.
• Fuerza sobre un conductor rectilíneo: F = I(l x B) o F = IlB sen α.
• Fuerza por unidad de longitud entre conductores: F/l = μ I₁ I₂ / 2π d.

Leyes de la Inducción Electromagnética

Ley de Faraday-Henry

1. En un circuito en el que aparecen corrientes inducidas, se produce siempre una variación del flujo magnético.
2. Si no existe variación del flujo en el circuito, no aparecen corrientes inducidas.

Ley de Lenz

El sentido de la corriente inducida es tal que se opone siempre a la causa que lo produce: si aumenta el flujo, la corriente genera un campo que se opone a este incremento, y viceversa.