Rectificadora
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Rectificadora planeadora
Rectificadora planeadora
La rectificadora es una máquina herramienta, utilizada para conseguir mecanizados de precisión tanto en dimensiones como en acabado superficial, a veces a una operación de rectificado le siguen otras de pulido y lapeado. Las piezas que se rectifican son principalmente de acero endurecido mediante tratamiento térmico, utilizando para ellos discos abrasivos robustos, llamados muelas. Las partes de las piezas que se someten a rectificado han sido mecanizadas previamente en otras máquinas herramientas antes de ser endurecidas por tratamiento térmico y se ha dejado solamente un pequeño excedente de material para que la rectificadora lo pueda eliminar con facilidad y precisión. La rectificación, pulido y lapeado también se aplica en la fabricación de cristales para lentes.
Contenido
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* 1 Tipos de rectificadora
* 2 Características constructivas de las rectificadoras cilíndricas de última generación
* 3 Rectificación de lentes
* 4 Pulido
* 5 Lapeado
* 6 Referencias
* 7 Fuentes y Bibliografía
* 8 Enlaces externos
Tipos de rectificadora [editar]
Muela de rectificadora universal
Muela de rectificadora universal
Según sean las características de las piezas a rectificar se utilizan diversos tipos de rectificadoras, siendo las más destacadas las siguientes:
* Rectificadoras planeadoras
* Rectificadoras sin centros (Centerless)
* Rectificadoras universales
* Rectificadoras especiales
Las máquinas rectificadoras para piezas metálicas consisten básicamente en un bastidor que contiene una muela giratoria compuesta de granos abrasivos muy duros y resistentes al desgaste y a la rotura.
La velocidad de giro de las muelas es muy elevada, pudiendo llegar a girar a 30.000 rpm, dependiendo del diámetro de la muela.
Las rectificadoras para superficies planas, conocidas como planeadoras y tangeniales son muy sencillas de manejar, porque consisten en una cabezal provisto de la muela y un carro longitudinal que se mueve en forma de vaivén, donde va sujeta la pieza que se rectifica. La pieza muchas veces se sujeta en una plataforma magnética. Las piezas más comunes que se rectifican en estas máquinas son matrices, calzos y ajustes con superficies planas.[1]
La rectificadora sin centros (centerless), consta de dos muelas y se utilizan para el rectificado de pequeñas piezas cilíndricas, como bulones, casquillos, pasadores, etc. Son máquinas que permite automatizar la alimentación de las piezas y por tanto tener un funcionamiento continuo y por tanto la producción de grandes series de la misma pieza.[2]
Las rectificadoras universales son las rectificadoras más versátiles que existen porque pueden rectificar todo tipo de rectificados en diámetros exteriores de ejes, como en agujeros si se utiliza el cabezal adecuado. Son máquinas de gran envergadura cuyo cabezal portamuelas tiene un variador de velocidad par adecuarlo a las características de la muela que lleva incorporado y al tipo de pieza que rectifica.[3]
Características constructivas de las rectificadoras cilíndricas de última generación [editar]
A las modernas rectificadoras cilíndricas se les exige ser de ultra precisión, de concepción flexible para aplicaciones de rectificado de exteriores y piezas excéntricas. Las máquinas pueden realizar procesos de rectificado convencional o de alta velocidad, incorporando los últimos adelantos mecánicos, eléctricos y de software. (CNC)
Se establecen nuevos estándares de precisión, velocidad y flexibilidad garantizando una producción de alta fiabilidad y competitividad. Estas máquinas incluyen bancada de granito natural, motores integrados en ejes porta-piezas y husillos porta-muelas, motores de gran par y motores lineales.
El diseño incluye puertas de gran accesibilidad para trabajos de preparación de máquina y de mantenimiento. El concepto modular de la máquina permite la incorporación de sistemas de carga automatizados y la concatenación de varias unidades en una célula.
Las modernas rectificadoras responden óptimamente a la más amplia variedad de aplicaciones como herramientas de corte, hidráulica de alta precisión, árboles de levas, pequeños cigüeñales, ejes de cajas de cambios y ejes de transmisión, entre otros. La máquinas son diseñadas para utilizar distintos tipos de abrasivos, diamante, CBN, … para aplicaciones de alta velocidad.[4]
Rectificación de lentes [editar]
sábado, 18 de octubre de 2008
raulgalora... taladro
Taladradora
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Artículo bueno
«Taladro» redirige aquí. Para otras acepciones véase Taladro (desambiguación).
Taladradora sensitiva de columna
Taladradora sensitiva de columna
La taladradora es la máquina herramienta donde se mecanizan la mayoría de los agujeros que se hacen a las piezas en los talleres mecánicos. Destacan estas máquinas por la sencillez de su manejo. Tienen dos movimientos: El de rotación de la broca que le imprime el motor eléctrico de la máquina a través de una transmisión por poleas y engranajes, y el de avance de penetración de la broca, que puede realizarse de forma manual sensitiva o de forma automática, si incorpora transmisión para hacerlo.
Se llama taladrar a la operación de mecanizado que tiene por objeto producir agujeros cilíndricos en una pieza cualquiera, utilizando como herramienta una broca. La operación de taladrar se puede hacer con un taladro portátil, con una máquina taladradora, en un torno, en una fresadora, en un centro de mecanizado CNC o en una mandrinadora.
De todos los procesos de mecanizado, el taladrado es considerado como uno de los procesos más importantes debido a su amplio uso y facilidad de realización, puesto que es una de las operaciones de mecanizado más sencillas de realizar y que se hace necesario en la mayoría de componentes que se fabrican.
Las taladradoras descritas en este artículo, se refieren básicamente a las utilizadas en las industrias metalúrgicas para el mecanizado de metales, otros tipos de taladradoras empleadas en la cimentaciones de edificios y obras públicas así como en sondeos mineros tienen otras características muy diferentes y serán objeto de otros artículos específicos.
Contenido
[ocultar]
* 1 Historia
* 2 Proceso de taladrado
o 2.1 Producción de agujeros
o 2.2 Tipos de agujeros
* 3 Parámetros de corte del taladrado
o 3.1 Velocidad de corte
o 3.2 Velocidad de rotación de la broca
o 3.3 Velocidad de avance
o 3.4 Tiempo de mecanizado
o 3.5 Fuerza específica de corte
o 3.6 Potencia de corte
* 4 Tipos de máquinas taladradoras
o 4.1 Taladradoras sensitivas
o 4.2 Taladradoras de columna
o 4.3 Taladradoras radiales
o 4.4 Taladradoras de torreta
o 4.5 Taladradoras de husillos múltiples
o 4.6 Centros de mecanizado CNC
* 5 Gestión económica del taladrado
* 6 Características técnicas de las brocas
o 6.1 Elementos constituyentes de una broca
o 6.2 Características de las brocas de metal duro
* 7 Accesorios de las taladradoras
o 7.1 Portabrocas
o 7.2 Mordaza
o 7.3 Pinzas de apriete cónicas
o 7.4 Granete
o 7.5 Plantillas de taladrado
o 7.6 Afiladora de brocas
* 8 Control de viruta y fluido refrigerante
* 9 Normas de seguridad en el taladrado
* 10 Perfil profesional de los operarios de taladradoras
o 10.1 Programadores de taladradoras y centros de mecanizado CNC
* 11 Véase también
* 12 Referencias
* 13 Bibliografía
* 14 Enlaces externos
Historia [editar]
Taladro de mano o berbiquí.
Taladro de mano o berbiquí.
El precursor del taladrado fue probablemente el molinillo de hacer fuego. Consistía en una varilla cilíndrica de madera, cuyo sistema de giro fue desarrollándose progresivamente, primero accionando con las palmas de las manos, después mediante un cordel arrollado a la varilla del que se tiraba alternativamente de sus extremos, según figura en un grabado egipcio de 1440 a. C.
Un procedimiento muy antiguo para taladrar piedra, según un bajorelieve egipcio de 2700 a. C. consistía en un robusto eje que llevaba inserto una punta de pedernal para taladrar y en la parte superior un mango para facilitar el giro y la incorporación de dos macetas para regular el giro.
Con el descubrimiento del arco de violín se produjo un adelanto para conseguir el movimiento de giro. El sistema consiste en arrollar una cuerda, al eje porta brocas, atada por sus extremos a un arco de madera, que con el impulso de la mano del hombre, hace girar la pieza en movimiento de vaivén.
Taladro columna antiguo
Taladro columna antiguo
Otro sistema muy utilizado fue el berbiquí de cuerda, que consiste en un eje porta herramienta de madera que lleva incorporado un volante de inercia. A dicho eje se arrolla una cuerda atada por sus extremos a un travesaño que impulsado por la mano del hombre se consigue un giro alternativo.
El antiguo berbiquí de carpintero construido de madera, fue evolucionando en el tiempo. El berbiquí de eje porta herramientas de acero roscado, lleva incorporado en dicho eje una cabeza giratoria con un alojamiento cuadrado, donde se acopla la broca y un carrete tuerca, produciéndose un giro de vaivén, cuando se ejerce una presión longitudinal.
El berbiquí de giro continuo representa un avance sobre el anterior, lográndose el giro mediante el roscado en el eje porta brocas, de dos filetes helicoidales en sentido contrario, incorporándose en un extremo del carrete, una tuerca a izquierdas y en el opuesto otro a derechas.
El berbiquí de giro continuo, construido por Heyerhoff accionado por manivela y juego de engranajes representó un importante avance. Se construyeron taladros de sobremesa accionados manualmente con manivela y versiones de regulador de bolas y juego de engranajes. A partir del siglo XV, se utiliza la energía hidráulica para taladrar gruesos troncos de madera destinados a diversos fines, entre otros a tuberías para conducir el agua. A finales del siglo XV, Leonardo da Vinci diseña un taladro horizontal para taladros profundos.[1]
John Wilkinson en 1775 construyó, por encargo de Watt, una mandrinadora más avanzada técnicamente y de mayor precisión, accionada igual que las anteriores por medio de una rueda hidráulica. Con esta máquina, equipada con un ingenioso cabezal giratorio y desplazable, se consiguió un error máximo: “del espesor de una moneda de seis peniques en un diámetro de 72 pulgadas”, tolerancia muy grosera pero suficiente para garantizar el ajuste y hermetismo entre pistón y cilindro.
Ante la necesidad de taladrar piezas de acero, cada vez más gruesas, Nasmyth fue el primero que construyó hacia 1838, un taladro de sobremesa totalmente metálico, con giro de eje portabrocas accionado a mano o por transmisión. Algunos años después, en 1850, Whitworth fabricó el primer taladro de columna accionado por transmisión a correa y giro del eje porta brocas, a través de un juego de engranajes cónicos. Llevaba una mesa porta piezas regulable verticalmente mediante el sistema de piñón cremallera. En 1860 se produce un acontecimiento muy importante para el taladrado, al inventar el suizo Martignon la broca helicoidal. El uso de estas brocas se generalizó rápidamente, puesto que representaba un gran avance en producción y duración de la herramienta con relación a las brocas punta de lanza utilizadas hasta la citada fecha.
La necesidad de taladrar piezas pesadas y voluminosas dio lugar a la construcción de un taladro radial por Sharp, Roberts & Co, hacia el año 1851. A partir de 1898, con el descubrimiento del acero rápido por parte de Taylor y White, se fabrican nuevas herramientas con las que se triplica la velocidad periférica de corte, aumentando la capacidad de desprendimiento de viruta, del orden de siete veces, utilizando máquinas adaptadas a las nuevas circunstancias.
El sistema de generación polifásico de Tesla en 1887 hizo posible la disponibilidad de la electricidad para usos industriales, consolidándose como una nueva fuente de energía capaz de garantizar el formidable desarrollo industrial del siglo XX. Aparece justo en el momento preciso, cuando las fuentes de energía del siglo XIX se manifiestan insuficientes. Los motores de corriente continua fabricados a pequeña escala, y los de corriente alterna, reciben un gran impuls
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Taladradora sensitiva de columna
Taladradora sensitiva de columna
La taladradora es la máquina herramienta donde se mecanizan la mayoría de los agujeros que se hacen a las piezas en los talleres mecánicos. Destacan estas máquinas por la sencillez de su manejo. Tienen dos movimientos: El de rotación de la broca que le imprime el motor eléctrico de la máquina a través de una transmisión por poleas y engranajes, y el de avance de penetración de la broca, que puede realizarse de forma manual sensitiva o de forma automática, si incorpora transmisión para hacerlo.
Se llama taladrar a la operación de mecanizado que tiene por objeto producir agujeros cilíndricos en una pieza cualquiera, utilizando como herramienta una broca. La operación de taladrar se puede hacer con un taladro portátil, con una máquina taladradora, en un torno, en una fresadora, en un centro de mecanizado CNC o en una mandrinadora.
De todos los procesos de mecanizado, el taladrado es considerado como uno de los procesos más importantes debido a su amplio uso y facilidad de realización, puesto que es una de las operaciones de mecanizado más sencillas de realizar y que se hace necesario en la mayoría de componentes que se fabrican.
Las taladradoras descritas en este artículo, se refieren básicamente a las utilizadas en las industrias metalúrgicas para el mecanizado de metales, otros tipos de taladradoras empleadas en la cimentaciones de edificios y obras públicas así como en sondeos mineros tienen otras características muy diferentes y serán objeto de otros artículos específicos.
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* 1 Historia
* 2 Proceso de taladrado
o 2.1 Producción de agujeros
o 2.2 Tipos de agujeros
* 3 Parámetros de corte del taladrado
o 3.1 Velocidad de corte
o 3.2 Velocidad de rotación de la broca
o 3.3 Velocidad de avance
o 3.4 Tiempo de mecanizado
o 3.5 Fuerza específica de corte
o 3.6 Potencia de corte
* 4 Tipos de máquinas taladradoras
o 4.1 Taladradoras sensitivas
o 4.2 Taladradoras de columna
o 4.3 Taladradoras radiales
o 4.4 Taladradoras de torreta
o 4.5 Taladradoras de husillos múltiples
o 4.6 Centros de mecanizado CNC
* 5 Gestión económica del taladrado
* 6 Características técnicas de las brocas
o 6.1 Elementos constituyentes de una broca
o 6.2 Características de las brocas de metal duro
* 7 Accesorios de las taladradoras
o 7.1 Portabrocas
o 7.2 Mordaza
o 7.3 Pinzas de apriete cónicas
o 7.4 Granete
o 7.5 Plantillas de taladrado
o 7.6 Afiladora de brocas
* 8 Control de viruta y fluido refrigerante
* 9 Normas de seguridad en el taladrado
* 10 Perfil profesional de los operarios de taladradoras
o 10.1 Programadores de taladradoras y centros de mecanizado CNC
* 11 Véase también
* 12 Referencias
* 13 Bibliografía
* 14 Enlaces externos
Historia [editar]
Taladro de mano o berbiquí.
Taladro de mano o berbiquí.
El precursor del taladrado fue probablemente el molinillo de hacer fuego. Consistía en una varilla cilíndrica de madera, cuyo sistema de giro fue desarrollándose progresivamente, primero accionando con las palmas de las manos, después mediante un cordel arrollado a la varilla del que se tiraba alternativamente de sus extremos, según figura en un grabado egipcio de 1440 a. C.
Un procedimiento muy antiguo para taladrar piedra, según un bajorelieve egipcio de 2700 a. C. consistía en un robusto eje que llevaba inserto una punta de pedernal para taladrar y en la parte superior un mango para facilitar el giro y la incorporación de dos macetas para regular el giro.
Con el descubrimiento del arco de violín se produjo un adelanto para conseguir el movimiento de giro. El sistema consiste en arrollar una cuerda, al eje porta brocas, atada por sus extremos a un arco de madera, que con el impulso de la mano del hombre, hace girar la pieza en movimiento de vaivén.
Taladro columna antiguo
Taladro columna antiguo
Otro sistema muy utilizado fue el berbiquí de cuerda, que consiste en un eje porta herramienta de madera que lleva incorporado un volante de inercia. A dicho eje se arrolla una cuerda atada por sus extremos a un travesaño que impulsado por la mano del hombre se consigue un giro alternativo.
El antiguo berbiquí de carpintero construido de madera, fue evolucionando en el tiempo. El berbiquí de eje porta herramientas de acero roscado, lleva incorporado en dicho eje una cabeza giratoria con un alojamiento cuadrado, donde se acopla la broca y un carrete tuerca, produciéndose un giro de vaivén, cuando se ejerce una presión longitudinal.
El berbiquí de giro continuo representa un avance sobre el anterior, lográndose el giro mediante el roscado en el eje porta brocas, de dos filetes helicoidales en sentido contrario, incorporándose en un extremo del carrete, una tuerca a izquierdas y en el opuesto otro a derechas.
El berbiquí de giro continuo, construido por Heyerhoff accionado por manivela y juego de engranajes representó un importante avance. Se construyeron taladros de sobremesa accionados manualmente con manivela y versiones de regulador de bolas y juego de engranajes. A partir del siglo XV, se utiliza la energía hidráulica para taladrar gruesos troncos de madera destinados a diversos fines, entre otros a tuberías para conducir el agua. A finales del siglo XV, Leonardo da Vinci diseña un taladro horizontal para taladros profundos.[1]
John Wilkinson en 1775 construyó, por encargo de Watt, una mandrinadora más avanzada técnicamente y de mayor precisión, accionada igual que las anteriores por medio de una rueda hidráulica. Con esta máquina, equipada con un ingenioso cabezal giratorio y desplazable, se consiguió un error máximo: “del espesor de una moneda de seis peniques en un diámetro de 72 pulgadas”, tolerancia muy grosera pero suficiente para garantizar el ajuste y hermetismo entre pistón y cilindro.
Ante la necesidad de taladrar piezas de acero, cada vez más gruesas, Nasmyth fue el primero que construyó hacia 1838, un taladro de sobremesa totalmente metálico, con giro de eje portabrocas accionado a mano o por transmisión. Algunos años después, en 1850, Whitworth fabricó el primer taladro de columna accionado por transmisión a correa y giro del eje porta brocas, a través de un juego de engranajes cónicos. Llevaba una mesa porta piezas regulable verticalmente mediante el sistema de piñón cremallera. En 1860 se produce un acontecimiento muy importante para el taladrado, al inventar el suizo Martignon la broca helicoidal. El uso de estas brocas se generalizó rápidamente, puesto que representaba un gran avance en producción y duración de la herramienta con relación a las brocas punta de lanza utilizadas hasta la citada fecha.
La necesidad de taladrar piezas pesadas y voluminosas dio lugar a la construcción de un taladro radial por Sharp, Roberts & Co, hacia el año 1851. A partir de 1898, con el descubrimiento del acero rápido por parte de Taylor y White, se fabrican nuevas herramientas con las que se triplica la velocidad periférica de corte, aumentando la capacidad de desprendimiento de viruta, del orden de siete veces, utilizando máquinas adaptadas a las nuevas circunstancias.
El sistema de generación polifásico de Tesla en 1887 hizo posible la disponibilidad de la electricidad para usos industriales, consolidándose como una nueva fuente de energía capaz de garantizar el formidable desarrollo industrial del siglo XX. Aparece justo en el momento preciso, cuando las fuentes de energía del siglo XIX se manifiestan insuficientes. Los motores de corriente continua fabricados a pequeña escala, y los de corriente alterna, reciben un gran impuls
raulgalora...ajuste
Ajuste
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Artículo bueno
Para otros usos de este término, véase Ajuste (desambiguación).
Se denomina Ajuste a la relación mecánica existente entre dos piezas que pertenecen a una máquina o equipo industrial, cuando una de ellas encaja o se acopla en la otra.[1]
Las tareas relacionadas con esta actividad pertenecen al campo de la mecánica de precisión, también conocido con el nombre de mecatrónica. En mecánica, el ajuste mecánico tiene que ver con la tolerancia de fabricación en las dimensiones de dos piezas que se han de ajustar la una a la otra. El ajuste mecánico se realiza entre un eje y un orificio. Si uno de ellos tiene una medida nonimal por encima de esa tolerancia, ambas piezas sencillamente no ajustarán y será imposible encajarlas. Es por eso que existen las normas ISO que regulan las tolerancias aplicables en función de los diámetros del eje y del orificio. Para identificar cuándo el valor de una tolerancia responde a la de un eje o a la de un orificio, las letras iniciales son mayúsculas para el primer caso y minúsculas para el segundo caso.
Contenido
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* 1 Tipos de ajuste
* 2 Piezas macho y piezas hembra
* 3 Intercambiabilidad de componentes
* 4 Tolerancia de mecanizado
* 5 Campos de tolerancia
* 6 Representación de las tolerancias
* 7 Juego máximo y minimo de un ajuste
* 8 Sistemas de ajuste
* 9 Calidad de mecanizado. Rugosidad
* 10 Otros parámetros de ajustes
* 11 Verificación y Control de calidad
* 12 Instrumentos de medida y verificación
* 13 Mecanizado de precisión
* 14 Perfil profesional del ajustador mecánico
* 15 Referencias
* 16 Bibliografía
* 17 Véase también
Tipos de ajuste [editar]
Micrómetro
Micrómetro
Escariador para conseguir agujeros de precisión
Escariador para conseguir agujeros de precisión
Hay varios tipos de ajuste de componentes, según cómo funcione una pieza respecto de otra. Los tipos de ajuste más comunes son los siguientes:
* Forzado muy duro
* Forzado duro
* Forzado medio
* Forzado ligero
* Deslizante
* Giratorio
* Holgado medio
* Muy holgado
Se entiende por ajuste forzado en los diferentes grados que existen cuando una pieza se inserta en la otra mediante presión y que durante el funcionamiento futuro en la máquina, donde esté montada, no tiene que sufrir ninguna movilidad o giro.
Por ajuste deslizante o giratorio se entiende que una pieza se va a mover cuando esté insertada en la otra de forma suave, sin apenas holgura.
Ajuste holgado es que una pieza se va a mover con respecto a la otra de forma totalmente libre.
En el ajuste forzado muy duro el acoplamiento de las piezas se produce por dilatación o contracción, y las piezas no necesitan ningún seguro contra la rotación de una con respecto a la otra.
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Para otros usos de este término, véase Ajuste (desambiguación).
Se denomina Ajuste a la relación mecánica existente entre dos piezas que pertenecen a una máquina o equipo industrial, cuando una de ellas encaja o se acopla en la otra.[1]
Las tareas relacionadas con esta actividad pertenecen al campo de la mecánica de precisión, también conocido con el nombre de mecatrónica. En mecánica, el ajuste mecánico tiene que ver con la tolerancia de fabricación en las dimensiones de dos piezas que se han de ajustar la una a la otra. El ajuste mecánico se realiza entre un eje y un orificio. Si uno de ellos tiene una medida nonimal por encima de esa tolerancia, ambas piezas sencillamente no ajustarán y será imposible encajarlas. Es por eso que existen las normas ISO que regulan las tolerancias aplicables en función de los diámetros del eje y del orificio. Para identificar cuándo el valor de una tolerancia responde a la de un eje o a la de un orificio, las letras iniciales son mayúsculas para el primer caso y minúsculas para el segundo caso.
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* 1 Tipos de ajuste
* 2 Piezas macho y piezas hembra
* 3 Intercambiabilidad de componentes
* 4 Tolerancia de mecanizado
* 5 Campos de tolerancia
* 6 Representación de las tolerancias
* 7 Juego máximo y minimo de un ajuste
* 8 Sistemas de ajuste
* 9 Calidad de mecanizado. Rugosidad
* 10 Otros parámetros de ajustes
* 11 Verificación y Control de calidad
* 12 Instrumentos de medida y verificación
* 13 Mecanizado de precisión
* 14 Perfil profesional del ajustador mecánico
* 15 Referencias
* 16 Bibliografía
* 17 Véase también
Tipos de ajuste [editar]
Micrómetro
Micrómetro
Escariador para conseguir agujeros de precisión
Escariador para conseguir agujeros de precisión
Hay varios tipos de ajuste de componentes, según cómo funcione una pieza respecto de otra. Los tipos de ajuste más comunes son los siguientes:
* Forzado muy duro
* Forzado duro
* Forzado medio
* Forzado ligero
* Deslizante
* Giratorio
* Holgado medio
* Muy holgado
Se entiende por ajuste forzado en los diferentes grados que existen cuando una pieza se inserta en la otra mediante presión y que durante el funcionamiento futuro en la máquina, donde esté montada, no tiene que sufrir ninguna movilidad o giro.
Por ajuste deslizante o giratorio se entiende que una pieza se va a mover cuando esté insertada en la otra de forma suave, sin apenas holgura.
Ajuste holgado es que una pieza se va a mover con respecto a la otra de forma totalmente libre.
En el ajuste forzado muy duro el acoplamiento de las piezas se produce por dilatación o contracción, y las piezas no necesitan ningún seguro contra la rotación de una con respecto a la otra.
raulgalora troquel1
Troquelación
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Se ha sugerido que prensa mecánica sea fusionado en este artículo o sección. (Discusión).
Una vez que hayas realizado la fusión de artículos, pide la fusión de historiales en WP:TAB/F.
Se ha sugerido que Troqueles y troquelado (metalmecánica)#El troquelado (corte) sea fusionado en este artículo o sección. (Discusión).
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Troqueladora con funcionamiento automático
Troqueladora con funcionamiento automático
Matriz de trabajo progresivo
Matriz de trabajo progresivo
Se denomina troquelación a la operación mecánica que se utiliza para realizar agujeros en chapas de metal, láminas de plástico, papel o cartón. Para realizar esta tarea, se utilizan desde simples mecanismos de accionamiento manual hasta sofisticadas prensas mecánicas de gran potencia.
Uno de los mecanismos de troquelado más simples y sencillos que existen puede ser el que utilizan los niños escolares para hacer agujeros en las hojas de papel para insertarlas en las carpetas de anillas.
Los elementos básicos de una troqueladora lo constituyen el troquel que tiene la forma y dimensiones del agujero que se quiera realizar, y la matriz de corte por donde se inserta el troquel cuando es impulsado de forma enérgica por la potencia que le proporciona la prensa mediante un accionamiento de excéntrica que tiene y que proporciona un golpe seco y contundente sobre la chapa, produciendo un corte limpio de la misma.
De acuerdo al trabajo que se tenga que realizar así son diseñadas y construidas las troqueladoras. Hay matrices simples y progresivas donde la chapa que está en forma de grandes rollos avanza automáticamente provocando el trabajo de forma continuado, y no requiriendo otros cuidados que cambiar de rollo de chapa cuando se termina este e ir retirando las piezas troqueladas así como vigilar la calidad del corte que realizan. Cuando el corte se deteriora por desgaste del troquel y de la matriz se demontan de la máquina y se les rectifica en una retificadora plana estableciendo un nuevo corte. Una matriz y un troquel permiten muchos reafilados hasta que se desgastan totalmente.
Hay otras troqueladoras que funcionan con un cabezal donde puede llevar insertado varios troqueles de diferentes medidas, y una mesa amplia donde se coloca la chapa que se quiere mecanizar. Esta mesa es activada mediante CNC y se desplaza a lo largo y ancho de la misma a gran velocidad, produciendo las piezas con rapidez y exactitud.
Véase también [editar]
* Prensa mecánica
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Troqueladora con funcionamiento automático
Troqueladora con funcionamiento automático
Matriz de trabajo progresivo
Matriz de trabajo progresivo
Se denomina troquelación a la operación mecánica que se utiliza para realizar agujeros en chapas de metal, láminas de plástico, papel o cartón. Para realizar esta tarea, se utilizan desde simples mecanismos de accionamiento manual hasta sofisticadas prensas mecánicas de gran potencia.
Uno de los mecanismos de troquelado más simples y sencillos que existen puede ser el que utilizan los niños escolares para hacer agujeros en las hojas de papel para insertarlas en las carpetas de anillas.
Los elementos básicos de una troqueladora lo constituyen el troquel que tiene la forma y dimensiones del agujero que se quiera realizar, y la matriz de corte por donde se inserta el troquel cuando es impulsado de forma enérgica por la potencia que le proporciona la prensa mediante un accionamiento de excéntrica que tiene y que proporciona un golpe seco y contundente sobre la chapa, produciendo un corte limpio de la misma.
De acuerdo al trabajo que se tenga que realizar así son diseñadas y construidas las troqueladoras. Hay matrices simples y progresivas donde la chapa que está en forma de grandes rollos avanza automáticamente provocando el trabajo de forma continuado, y no requiriendo otros cuidados que cambiar de rollo de chapa cuando se termina este e ir retirando las piezas troqueladas así como vigilar la calidad del corte que realizan. Cuando el corte se deteriora por desgaste del troquel y de la matriz se demontan de la máquina y se les rectifica en una retificadora plana estableciendo un nuevo corte. Una matriz y un troquel permiten muchos reafilados hasta que se desgastan totalmente.
Hay otras troqueladoras que funcionan con un cabezal donde puede llevar insertado varios troqueles de diferentes medidas, y una mesa amplia donde se coloca la chapa que se quiere mecanizar. Esta mesa es activada mediante CNC y se desplaza a lo largo y ancho de la misma a gran velocidad, produciendo las piezas con rapidez y exactitud.
Véase también [editar]
* Prensa mecánica
raulgalora...prense hidraulica
Prensa hidráulica
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Una prensa hidráulica es un mecanismo conformado por vasos comunicantes impulsados por pistones de diferente área que, mediante pequeñas presiones, permite obtener otras mayores.
Antigua prensa hidráulica.
Antigua prensa hidráulica.
En el siglo XVII, en Francia, el matemático y filósofo Blaise Pascal comenzó una investigación referente al comportamiento de los fluidos. Observó que en un líquido, la presión que se ejercía se transmitía, con igual intensidad, en todas direcciones. Gracias a este principio se pueden obtener fuerzas muy grandes utilizando otras relativamente pequeñas. Uno de los aparatos más comunes para alcanzar lo anteriormente mencionado es la prensa hidráulica, la cual está basada en el principio de Pascal.
El rendimiento de la prensa hidráulica guarda similitudes con el de la palanca, pues se obtienen presiones mayores que las ejercidas pero se aminora la velocidad y la longitud de desplazamiento, en similar proporción.
Cálculo de la relación de fuerzas [editar]
Cuando se aplica una fuerza F_1 \, sobre el pistón de menor área A_1 \, se genera una presión p_1 \,:
Esquema de fuerzas y áreas de una prensa hidráulica.
Esquema de fuerzas y áreas de una prensa hidráulica.
p_1=\frac{F_1}{A_1} \,
Del mismo modo en el segundo pistón:
p_2=\frac{F_2}{A_2} \,
Se observa que el liquido esta comunicado, luego por el principio de Pascal, la presión en los dos pistones es la misma, por tanto se cumple que:
p_1=p_2 \,
Esto es:
\frac{F_1}{A_1}=\frac{F_2}{A_2} \, y la relación de fuerzas: \frac{F_1}{F_2}=\frac{A_1}{A_2} \,
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Una prensa hidráulica es un mecanismo conformado por vasos comunicantes impulsados por pistones de diferente área que, mediante pequeñas presiones, permite obtener otras mayores.
Antigua prensa hidráulica.
Antigua prensa hidráulica.
En el siglo XVII, en Francia, el matemático y filósofo Blaise Pascal comenzó una investigación referente al comportamiento de los fluidos. Observó que en un líquido, la presión que se ejercía se transmitía, con igual intensidad, en todas direcciones. Gracias a este principio se pueden obtener fuerzas muy grandes utilizando otras relativamente pequeñas. Uno de los aparatos más comunes para alcanzar lo anteriormente mencionado es la prensa hidráulica, la cual está basada en el principio de Pascal.
El rendimiento de la prensa hidráulica guarda similitudes con el de la palanca, pues se obtienen presiones mayores que las ejercidas pero se aminora la velocidad y la longitud de desplazamiento, en similar proporción.
Cálculo de la relación de fuerzas [editar]
Cuando se aplica una fuerza F_1 \, sobre el pistón de menor área A_1 \, se genera una presión p_1 \,:
Esquema de fuerzas y áreas de una prensa hidráulica.
Esquema de fuerzas y áreas de una prensa hidráulica.
p_1=\frac{F_1}{A_1} \,
Del mismo modo en el segundo pistón:
p_2=\frac{F_2}{A_2} \,
Se observa que el liquido esta comunicado, luego por el principio de Pascal, la presión en los dos pistones es la misma, por tanto se cumple que:
p_1=p_2 \,
Esto es:
\frac{F_1}{A_1}=\frac{F_2}{A_2} \, y la relación de fuerzas: \frac{F_1}{F_2}=\frac{A_1}{A_2} \,
raulgalora ... prensa mecánica
Prensa mecánica
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Prensa mecánica ó balancín mecánico
Prensa mecánica ó balancín mecánico
La prensa mecánica o prensadora es una máquina que acumula energía mediante un volante de inercia y la transmite bien mecánicamente (prensa de revolución total) o neumaticamente (prensa de revolución parcial) a un troquel o matriz mediante un sistema de biela-manivela. Actualmente las prensas de revolución completa (también llamadas de embrague mecánico o de chaveta) están prohibidas por la legislación vigente en toda Europa. La norma que rige estas prensas es la EN-692:2005 transpuesta en España como UNE-EN692:2006.
La fuerza generada por la prensa varia a lo largo de su recorrido en función del ángulo de aplicación de la fuerza. Cuanto más próximo este el punto de aplicación al PMI (Punto Muerto Inferior) mayor será la fuerza, siento en este punto(PMI) teóricamente infinita. Como estandar más aceptado los fabricantes proporcionan como punto de fuerza en la prensa de reducción por engranajes 30º y en las prensas de volante directo 20º del PMI. Por su sistema de tranmision pueden clasificarse en prensas a volante directo, prensas de reducción, prensas de doble reducción, prensas de reducción paralela y prensas de cinematica especial. Por su estructura se pueden clasificar en prensas de cuello de cisne y prensas de doble montante ( dentro de estas existen las monobloc y las de piezas armadas por tirantes). Por su velocidad se clasifican en prensas convencionales (de 12 a 200 golpes minuto en función de su tamaño), prensas rápidas (de 300 a 700 golpes por minuto) y prensas de alta velocidad (de 800 hasta 1600 golpes por minuto en las más rápidas de fabricación japonesa y suiza).
Estas prensas se emplean en operaciones de corte, estampación, doblado y embuticiones pequeñas. No son adecuadas para embuticiones profundas al aplicar la fuerza de forma rápida y no constante. No obstante el desarrollo de prensas con cinematica compleja (prensas de palanca articulada o prensas link drive) ha hecho posible que puedan usarse para embuticiones más profundas y con aceros de alta resistencia elástica, ya que este tipo de prensas mecánicas reducen su velocidad cerca del PMI pudiendo deformar la chapa sin romperla.
Véase también [editar]
* Prensa hidráulica
* Troquelación
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Prensa mecánica ó balancín mecánico
Prensa mecánica ó balancín mecánico
La prensa mecánica o prensadora es una máquina que acumula energía mediante un volante de inercia y la transmite bien mecánicamente (prensa de revolución total) o neumaticamente (prensa de revolución parcial) a un troquel o matriz mediante un sistema de biela-manivela. Actualmente las prensas de revolución completa (también llamadas de embrague mecánico o de chaveta) están prohibidas por la legislación vigente en toda Europa. La norma que rige estas prensas es la EN-692:2005 transpuesta en España como UNE-EN692:2006.
La fuerza generada por la prensa varia a lo largo de su recorrido en función del ángulo de aplicación de la fuerza. Cuanto más próximo este el punto de aplicación al PMI (Punto Muerto Inferior) mayor será la fuerza, siento en este punto(PMI) teóricamente infinita. Como estandar más aceptado los fabricantes proporcionan como punto de fuerza en la prensa de reducción por engranajes 30º y en las prensas de volante directo 20º del PMI. Por su sistema de tranmision pueden clasificarse en prensas a volante directo, prensas de reducción, prensas de doble reducción, prensas de reducción paralela y prensas de cinematica especial. Por su estructura se pueden clasificar en prensas de cuello de cisne y prensas de doble montante ( dentro de estas existen las monobloc y las de piezas armadas por tirantes). Por su velocidad se clasifican en prensas convencionales (de 12 a 200 golpes minuto en función de su tamaño), prensas rápidas (de 300 a 700 golpes por minuto) y prensas de alta velocidad (de 800 hasta 1600 golpes por minuto en las más rápidas de fabricación japonesa y suiza).
Estas prensas se emplean en operaciones de corte, estampación, doblado y embuticiones pequeñas. No son adecuadas para embuticiones profundas al aplicar la fuerza de forma rápida y no constante. No obstante el desarrollo de prensas con cinematica compleja (prensas de palanca articulada o prensas link drive) ha hecho posible que puedan usarse para embuticiones más profundas y con aceros de alta resistencia elástica, ya que este tipo de prensas mecánicas reducen su velocidad cerca del PMI pudiendo deformar la chapa sin romperla.
Véase también [editar]
* Prensa hidráulica
* Troquelación
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Laca
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Secreción resinosa, translúcida producida por el insecto Laccifer lacca, que vive sobre diversas plantas, principalmente en la India y en el Asia oriental. Dicha secreción se halla pegada a las ramas de la planta invadida, y en ella está encerrado el insecto durante casi toda su vida. Una vez recolectada, molida y cocida con otras resinas y minerales, se convierte en goma laca, usada en barnices, tintas, lacres, adhesivos, etc.
Barnices al alcohol o lacas: [editar]
de apunte de introducción a la tecnología, Faudi, UNC.
Se les llama también lustres, son resinas; sintéticas o naturales, disueltas en alcoholes. Cuando se evapora el alcohol, en un rápido proceso, queda extendida sobre la superficie la resina disuelta con todas sus propiedades. Las resinas usadas comúnmente son: gomas lacas, dammar y sandáraca (resinas blandas), colofonia y resinas formofenólicas. Como solventes se utilizan el alcohol etílico y el metílico. Son de secado rápido, empleandose para proteger maderas, paneles, etc. sobre los que dan películas incoloras, brillantes, por muñequeado, sopleteado a pistola o pincelado, y siempre de uso exclusivo en ...
La laca tambien es utilizada en el uso de proyectiles como combustible para experimentos caseros como una sustancia inflamable
Véase también [editar]
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Secreción resinosa, translúcida producida por el insecto Laccifer lacca, que vive sobre diversas plantas, principalmente en la India y en el Asia oriental. Dicha secreción se halla pegada a las ramas de la planta invadida, y en ella está encerrado el insecto durante casi toda su vida. Una vez recolectada, molida y cocida con otras resinas y minerales, se convierte en goma laca, usada en barnices, tintas, lacres, adhesivos, etc.
Barnices al alcohol o lacas: [editar]
de apunte de introducción a la tecnología, Faudi, UNC.
Se les llama también lustres, son resinas; sintéticas o naturales, disueltas en alcoholes. Cuando se evapora el alcohol, en un rápido proceso, queda extendida sobre la superficie la resina disuelta con todas sus propiedades. Las resinas usadas comúnmente son: gomas lacas, dammar y sandáraca (resinas blandas), colofonia y resinas formofenólicas. Como solventes se utilizan el alcohol etílico y el metílico. Son de secado rápido, empleandose para proteger maderas, paneles, etc. sobre los que dan películas incoloras, brillantes, por muñequeado, sopleteado a pistola o pincelado, y siempre de uso exclusivo en ...
La laca tambien es utilizada en el uso de proyectiles como combustible para experimentos caseros como una sustancia inflamable
Véase también [editar]
raulgalora... polea
Polea
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Polea moderna.
Polea moderna.
Polea antigua.
Polea antigua.
Polea en una embarcación.
Polea en una embarcación.
Poleas para transmisión de potencia.
Poleas para transmisión de potencia.
Una polea, también llamada garrucha, carrucha, trocla, trócola o carrillo, es una máquina simple que sirve para transmitir una fuerza. Se trata de una rueda, generalmente maciza y acanalada en su borde, que, con el concurso de una cuerda o cable que se hace pasar por el canal ("garganta"), se usa como elemento de transmisión para cambiar la dirección del movimiento en máquinas y mecanismos. Además, formando conjuntos —aparejos o polipastos— sirve para reducir la magnitud de la fuerza necesaria para mover un peso, variando su velocidad.
Según definición de Hatón de la Goupillière, «la polea es el punto de apoyo de una cuerda que moviéndose se arrolla sobre ella sin dar una vuelta completa»[1] actuando en uno de sus extremos la resistencia y en otro la potencia.
Contenido
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* 1 Historia
* 2 Designación y tipos
* 3 Poleas simples
o 3.1 Polea simple fija
o 3.2 Polea simple móvil
* 4 Poleas compuestas
o 4.1 Polipastos o aparejos
* 5 Véase también
* 6 Referencias
* 7 Véase también
* 8 Enlaces externos
Historia
La única nota histórica sobre su uso se debe a Plutarco, quien en su obra Vidas paralelas (c. 100 a. C.) relata que Arquímedes, en carta al rey Hierón de Siracusa, a quien lo unía gran amistad, afirmó que con una fuerza dada podía mover cualquier peso e incluso se jactó de que si existiera otra Tierra yendo a ella podría mover ésta. Hierón, asombrado, solicitó a Arquímedes que realizara una demostración. Acordaron que el objeto a mover fuera un barco de la armada del rey, ya que Hierón creía que éste no podría sacarse de la dársena y llevarse a dique seco sin el empleo de un gran esfuerzo y numerosos hombres. Según relata Plutarco, tras cargar el barco con muchos pasajeros y con las bodegas repletas, Arquímedes se sentó a cierta distancia y halando la cuerda alzó sin gran esfuerzo el barco, sacándolo del agua tan derecho y estable como si aún permaneciera en el mar.[2]
Designación y tipos
Los elementos constitutivos de una polea son la rueda o polea propiamente dicha, en cuya circunferencia (llanta) suele haber una acanaladura denominada "garganta" o "cajera" cuya forma se ajusta a la de la cuerda a fin de guiarla; las "armas", armadura en forma de U invertida o rectangular que la rodea completamente y en cuyo extremo superior monta un gancho por el que se suspende el conjunto, y el "eje", que puede ser fijo si está unido a las armas estando la polea atravesada por él ("poleas de ojo"), o móvil si es solidario a la polea ("poleas de eje"). Cuando, formando parte de un sistema de transmisión, la polea gira libremente sobre su eje, se denomina "loca".
Según su desplazamiento las poleas se clasifican en "fijas", aquellas cuyas armas se suspenden de un punto fijo (la estructura del edificio, por ejemplo) y, por tanto, no sufren movimiento de traslación alguno cuando se emplean, y "movibles", que son aquellas en las que un extremo de la cuerda se suspende de un punto fijo y que durante su funcionamiento se desplazan, en general, verticalmente.
Cuando la polea obra independientemente se denomina "simple", mientras que cuando se encuentra reunida con otras formando un sistema recibe la denominación de "combinada" o "compuesta".
Poleas simples
Polea simple fija
La manera más sencilla de utilizar una polea es anclarla en un soporte, colgar un peso en un extremo de la cuerda, y tirar del otro extremo para levantar el peso. A esta configuración se le llama polea simple fija.
Polea simple fija
Una polea simple fija no produce una ventaja mecánica: la fuerza que debe aplicarse es la misma que se habría requerido para levantar el objeto sin la polea. La polea, sin embargo, permite aplicar la fuerza en una dirección más conveniente.
Polea simple móvil
Una forma alternativa de utilizar la polea es fijarla a la carga, fijar un extremo de la cuerda al soporte, y tirar del otro extremo para levantar a la polea y la carga. A esta configuración se le llama "polea simple móvil".
Polea simple móvil
La polea simple móvil produce una ventaja mecánica: la fuerza necesaria para levantar la carga es justamente la mitad de la fuerza que habría sido requerida para levantar la carga sin la polea. Por el contrario, la longitud de la cuerda de la que debe tirarse es el doble de la distancia que se desea hacer subir a la carga.
Poleas compuestas
Esquema de la ventaja mecánica que se obtiene con diversas poleas compuestas.
Esquema de la ventaja mecánica que se obtiene con diversas poleas compuestas.
Polipastos o aparejos
El polipasto (del latín polyspaston, y este del griego πολύσπαστον), es la configuración más común de polea compuesta. En un polispasto, las poleas se distribuyen en dos grupos, uno fijo y uno móvil. En cada grupo se instala un número arbitrario de poleas. La carga se une al grupo móvil.
Polispasto de dos poleas
La ventaja mecánica del polipasto puede determinarse contando el número de segmentos de cuerda que llegan a las poleas móviles que soportan la carga.
Polispasto de cuatro poleas
Véase también
* Polipasto
Referencias
1. ↑ Definición citada en el Diccionario Enciclopédico Hispano-Americano, Montaner y Simón Editores, Barcelona, 1984, Tomo 15, p. 909.
2. ↑ Proyecto Gutemberg: Plutarco, Edición inglesa, traducción de Arthur Hugh Clough
Véase también
* Palanca
* Plano inclinado
* Tuerca husillo
* Cuña
* Tornillo
Enlaces externos
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Polea moderna.
Polea moderna.
Polea antigua.
Polea antigua.
Polea en una embarcación.
Polea en una embarcación.
Poleas para transmisión de potencia.
Poleas para transmisión de potencia.
Una polea, también llamada garrucha, carrucha, trocla, trócola o carrillo, es una máquina simple que sirve para transmitir una fuerza. Se trata de una rueda, generalmente maciza y acanalada en su borde, que, con el concurso de una cuerda o cable que se hace pasar por el canal ("garganta"), se usa como elemento de transmisión para cambiar la dirección del movimiento en máquinas y mecanismos. Además, formando conjuntos —aparejos o polipastos— sirve para reducir la magnitud de la fuerza necesaria para mover un peso, variando su velocidad.
Según definición de Hatón de la Goupillière, «la polea es el punto de apoyo de una cuerda que moviéndose se arrolla sobre ella sin dar una vuelta completa»[1] actuando en uno de sus extremos la resistencia y en otro la potencia.
Contenido
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* 1 Historia
* 2 Designación y tipos
* 3 Poleas simples
o 3.1 Polea simple fija
o 3.2 Polea simple móvil
* 4 Poleas compuestas
o 4.1 Polipastos o aparejos
* 5 Véase también
* 6 Referencias
* 7 Véase también
* 8 Enlaces externos
Historia
La única nota histórica sobre su uso se debe a Plutarco, quien en su obra Vidas paralelas (c. 100 a. C.) relata que Arquímedes, en carta al rey Hierón de Siracusa, a quien lo unía gran amistad, afirmó que con una fuerza dada podía mover cualquier peso e incluso se jactó de que si existiera otra Tierra yendo a ella podría mover ésta. Hierón, asombrado, solicitó a Arquímedes que realizara una demostración. Acordaron que el objeto a mover fuera un barco de la armada del rey, ya que Hierón creía que éste no podría sacarse de la dársena y llevarse a dique seco sin el empleo de un gran esfuerzo y numerosos hombres. Según relata Plutarco, tras cargar el barco con muchos pasajeros y con las bodegas repletas, Arquímedes se sentó a cierta distancia y halando la cuerda alzó sin gran esfuerzo el barco, sacándolo del agua tan derecho y estable como si aún permaneciera en el mar.[2]
Designación y tipos
Los elementos constitutivos de una polea son la rueda o polea propiamente dicha, en cuya circunferencia (llanta) suele haber una acanaladura denominada "garganta" o "cajera" cuya forma se ajusta a la de la cuerda a fin de guiarla; las "armas", armadura en forma de U invertida o rectangular que la rodea completamente y en cuyo extremo superior monta un gancho por el que se suspende el conjunto, y el "eje", que puede ser fijo si está unido a las armas estando la polea atravesada por él ("poleas de ojo"), o móvil si es solidario a la polea ("poleas de eje"). Cuando, formando parte de un sistema de transmisión, la polea gira libremente sobre su eje, se denomina "loca".
Según su desplazamiento las poleas se clasifican en "fijas", aquellas cuyas armas se suspenden de un punto fijo (la estructura del edificio, por ejemplo) y, por tanto, no sufren movimiento de traslación alguno cuando se emplean, y "movibles", que son aquellas en las que un extremo de la cuerda se suspende de un punto fijo y que durante su funcionamiento se desplazan, en general, verticalmente.
Cuando la polea obra independientemente se denomina "simple", mientras que cuando se encuentra reunida con otras formando un sistema recibe la denominación de "combinada" o "compuesta".
Poleas simples
Polea simple fija
La manera más sencilla de utilizar una polea es anclarla en un soporte, colgar un peso en un extremo de la cuerda, y tirar del otro extremo para levantar el peso. A esta configuración se le llama polea simple fija.
Polea simple fija
Una polea simple fija no produce una ventaja mecánica: la fuerza que debe aplicarse es la misma que se habría requerido para levantar el objeto sin la polea. La polea, sin embargo, permite aplicar la fuerza en una dirección más conveniente.
Polea simple móvil
Una forma alternativa de utilizar la polea es fijarla a la carga, fijar un extremo de la cuerda al soporte, y tirar del otro extremo para levantar a la polea y la carga. A esta configuración se le llama "polea simple móvil".
Polea simple móvil
La polea simple móvil produce una ventaja mecánica: la fuerza necesaria para levantar la carga es justamente la mitad de la fuerza que habría sido requerida para levantar la carga sin la polea. Por el contrario, la longitud de la cuerda de la que debe tirarse es el doble de la distancia que se desea hacer subir a la carga.
Poleas compuestas
Esquema de la ventaja mecánica que se obtiene con diversas poleas compuestas.
Esquema de la ventaja mecánica que se obtiene con diversas poleas compuestas.
Polipastos o aparejos
El polipasto (del latín polyspaston, y este del griego πολύσπαστον), es la configuración más común de polea compuesta. En un polispasto, las poleas se distribuyen en dos grupos, uno fijo y uno móvil. En cada grupo se instala un número arbitrario de poleas. La carga se une al grupo móvil.
Polispasto de dos poleas
La ventaja mecánica del polipasto puede determinarse contando el número de segmentos de cuerda que llegan a las poleas móviles que soportan la carga.
Polispasto de cuatro poleas
Véase también
* Polipasto
Referencias
1. ↑ Definición citada en el Diccionario Enciclopédico Hispano-Americano, Montaner y Simón Editores, Barcelona, 1984, Tomo 15, p. 909.
2. ↑ Proyecto Gutemberg: Plutarco, Edición inglesa, traducción de Arthur Hugh Clough
Véase también
* Palanca
* Plano inclinado
* Tuerca husillo
* Cuña
* Tornillo
Enlaces externos
raulgalora... par cinemático
Par cinemático
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Algunos tipos de uniones entre piezas.
Algunos tipos de uniones entre piezas.
En ingeniería mecánica se denomina par cinemático a una unión entre dos miembros de un mecanismo. Un ejemplo son dos barras unidas por un perno (llamado unión de revoluta, fig. 2) que permite que las piezas giren alrededor de él.
Los pares cinemáticos se clasifican en distintos tipos según el movimiento que permiten, y son un elemento primordial en la construcción de un mecanismo, dado que define el tipo de movimiento que habrá entre las piezas unidas.
Véase también [editar]
* Mecanismo
* Grados de libertad (ingeniería)
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Algunos tipos de uniones entre piezas.
Algunos tipos de uniones entre piezas.
En ingeniería mecánica se denomina par cinemático a una unión entre dos miembros de un mecanismo. Un ejemplo son dos barras unidas por un perno (llamado unión de revoluta, fig. 2) que permite que las piezas giren alrededor de él.
Los pares cinemáticos se clasifican en distintos tipos según el movimiento que permiten, y son un elemento primordial en la construcción de un mecanismo, dado que define el tipo de movimiento que habrá entre las piezas unidas.
Véase también [editar]
* Mecanismo
* Grados de libertad (ingeniería)
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raulgalora... leva mecanica
Leva (mecánica)
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Árbol de levas en un motor.
Árbol de levas en un motor.
Movimiento de una leva.
Movimiento de una leva.
En ingeniería mecánica, una leva es un elemento mecánico hecho de algún material (madera, metal, plástico, etc.) que va sujeto a un eje y tiene un contorno con forma especial. De este modo, el giro del eje hace que el perfil o contorno de la leva toque, mueva, empuje o conecte una pieza conocida como seguidor. Existen dos tipos de seguidores, de traslación y de rotación.
La unión de una leva se conoce como unión de punto en caso de un plano o unión de línea en caso del espacio. De ser necesario pueden agregarse dientes a la leva para aumentar el contacto.
El diseño de una leva depende del tipo de movimiento que se desea imprimir en el seguidor. Como ejemplos se tienen el árbol de levas del motor de combustión interna, el programador de lavadoras, etc.
También se puede realizar una clasificación de las levas en cuanto a su naturaleza. Así, las hay de revolución, de translación, desmodrómicas (éstas son aquellas que realizan una acción de doble efecto), etc.
La máquina que se usa para fabricar levas se le conoce como generadora.
Contenido
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* 1 Diseño cinemático de la leva
* 2 Ley fundamental del diseño de levas
* 3 Diagramas SVAJ
* 4 Software para diseño de levas
* 5 Véase también
Diseño cinemático de la leva [editar]
La leva y el seguidor realizan un movimiento cíclico (360 grados). Durante un ciclo de movimiento el seguidor se encuentra en una de tres fases:
* Subida (Rise). Durante esta fase el seguidor asciende.
* Reposo (Dwell). Durante esta fase el seguidor se mantiene a una misma altura.
* Regreso (Return). Durante esta fase el seguidor desciende a su posición inicial.
Dependiendo del comportamiento que se le quiera dar al movimiento del seguidor dentro de estas fases (duración, velocidad, aceleración), es la forma en la que se construirá la leva.
Ley fundamental del diseño de levas [editar]
Las ecuaciones que definen el contorno de la leva y por lo tanto el movimiento del seguidor deben cumplir los siguientes requisitos, lo que es llamado la ley fundamental del diseño de levas:
* La ecuación de posición del seguidor debe ser continua durante todo el ciclo.
* La primera y segunda derivadas de la ecuación de posición (velocidad y aceleración) deben ser continuas.
* La tercera derivada de la ecuación (sobreaceleración o jerk) no necesariamente debe ser continua, pero sus discontinuidades deben ser finitas.
Las condiciones anteriores deben cumplirse para evitar choques o agitaciones innecesarias del seguidor y la leva, lo cual sería perjudicial para la estructura y el sistema en general.
Diagramas SVAJ [editar]
Son gráficas que muestran la posición, velocidad, aceleración y sobreaceleración del seguidor en un ciclo de rotación de la leva. Se utilizan para comprobar que el diseño propuesto cumple con la ley fundamental del diseño de levas.
Software para diseño de levas [editar]
Actualmente, existe un software desarrollado por Robert L. Norton llamado Dynacam, que de acuerdo a los datos de subida, detenimiento y bajada permite seleccionar las ecuaciones de movimiento y hace el dibujo de la leva junto a los diagramas SVAJ, además de calcular las fuerzas dinámicas que actúan sobre la leva.
Véase también [editar]
* Mecanismo
* Motor
* Par cinemático
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Árbol de levas en un motor.
Árbol de levas en un motor.
Movimiento de una leva.
Movimiento de una leva.
En ingeniería mecánica, una leva es un elemento mecánico hecho de algún material (madera, metal, plástico, etc.) que va sujeto a un eje y tiene un contorno con forma especial. De este modo, el giro del eje hace que el perfil o contorno de la leva toque, mueva, empuje o conecte una pieza conocida como seguidor. Existen dos tipos de seguidores, de traslación y de rotación.
La unión de una leva se conoce como unión de punto en caso de un plano o unión de línea en caso del espacio. De ser necesario pueden agregarse dientes a la leva para aumentar el contacto.
El diseño de una leva depende del tipo de movimiento que se desea imprimir en el seguidor. Como ejemplos se tienen el árbol de levas del motor de combustión interna, el programador de lavadoras, etc.
También se puede realizar una clasificación de las levas en cuanto a su naturaleza. Así, las hay de revolución, de translación, desmodrómicas (éstas son aquellas que realizan una acción de doble efecto), etc.
La máquina que se usa para fabricar levas se le conoce como generadora.
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* 1 Diseño cinemático de la leva
* 2 Ley fundamental del diseño de levas
* 3 Diagramas SVAJ
* 4 Software para diseño de levas
* 5 Véase también
Diseño cinemático de la leva [editar]
La leva y el seguidor realizan un movimiento cíclico (360 grados). Durante un ciclo de movimiento el seguidor se encuentra en una de tres fases:
* Subida (Rise). Durante esta fase el seguidor asciende.
* Reposo (Dwell). Durante esta fase el seguidor se mantiene a una misma altura.
* Regreso (Return). Durante esta fase el seguidor desciende a su posición inicial.
Dependiendo del comportamiento que se le quiera dar al movimiento del seguidor dentro de estas fases (duración, velocidad, aceleración), es la forma en la que se construirá la leva.
Ley fundamental del diseño de levas [editar]
Las ecuaciones que definen el contorno de la leva y por lo tanto el movimiento del seguidor deben cumplir los siguientes requisitos, lo que es llamado la ley fundamental del diseño de levas:
* La ecuación de posición del seguidor debe ser continua durante todo el ciclo.
* La primera y segunda derivadas de la ecuación de posición (velocidad y aceleración) deben ser continuas.
* La tercera derivada de la ecuación (sobreaceleración o jerk) no necesariamente debe ser continua, pero sus discontinuidades deben ser finitas.
Las condiciones anteriores deben cumplirse para evitar choques o agitaciones innecesarias del seguidor y la leva, lo cual sería perjudicial para la estructura y el sistema en general.
Diagramas SVAJ [editar]
Son gráficas que muestran la posición, velocidad, aceleración y sobreaceleración del seguidor en un ciclo de rotación de la leva. Se utilizan para comprobar que el diseño propuesto cumple con la ley fundamental del diseño de levas.
Software para diseño de levas [editar]
Actualmente, existe un software desarrollado por Robert L. Norton llamado Dynacam, que de acuerdo a los datos de subida, detenimiento y bajada permite seleccionar las ecuaciones de movimiento y hace el dibujo de la leva junto a los diagramas SVAJ, además de calcular las fuerzas dinámicas que actúan sobre la leva.
Véase también [editar]
* Mecanismo
* Motor
* Par cinemático
raulgalora...rueda de ginebra
Rueda de Ginebra
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Mecanismo de rueda de Ginebra: nótese que solo gira mientras está en contacto con el rodillo, creando un movimiento circular intermitente.
Mecanismo de rueda de Ginebra: nótese que solo gira mientras está en contacto con el rodillo, creando un movimiento circular intermitente.
Rueda de Ginebra y cruz de Malta.
Rueda de Ginebra y cruz de Malta.
La rueda de Ginebra, también conocida como cruz de Malta, es un mecanismo que convierte un movimiento circular continuo en un movimiento circular intermitente.
Se compone de dos piezas; una de ellas es un disco con un rodillo en uno de sus extremos y la otra es un engrane de forma peculiar, conocido como rueda de Ginebra.
Rueda de Ginebra interna.
Rueda de Ginebra interna.
Al dar una vuelta completa el disco con rodillo, la rueda de Ginebra solo da una parte de la vuelta, desplazándose sólo cuando el rodillo está en contacto con las ranuras de la rueda. La cantidad de ranuras determina cuántas vueltas debe dar el disco para que la rueda de Ginebra dé una vuelta completa.
Véase también [editar]
* Fuerza de Coriolis
Enlaces externos [editar]
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Mecanismo de rueda de Ginebra: nótese que solo gira mientras está en contacto con el rodillo, creando un movimiento circular intermitente.
Mecanismo de rueda de Ginebra: nótese que solo gira mientras está en contacto con el rodillo, creando un movimiento circular intermitente.
Rueda de Ginebra y cruz de Malta.
Rueda de Ginebra y cruz de Malta.
La rueda de Ginebra, también conocida como cruz de Malta, es un mecanismo que convierte un movimiento circular continuo en un movimiento circular intermitente.
Se compone de dos piezas; una de ellas es un disco con un rodillo en uno de sus extremos y la otra es un engrane de forma peculiar, conocido como rueda de Ginebra.
Rueda de Ginebra interna.
Rueda de Ginebra interna.
Al dar una vuelta completa el disco con rodillo, la rueda de Ginebra solo da una parte de la vuelta, desplazándose sólo cuando el rodillo está en contacto con las ranuras de la rueda. La cantidad de ranuras determina cuántas vueltas debe dar el disco para que la rueda de Ginebra dé una vuelta completa.
Véase también [editar]
* Fuerza de Coriolis
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raulgalora... mecanismo1
Mecanismo
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Para otros usos de este término, véase Mecanismo (desambiguación).
Mecanismo en movimiento
Mecanismo en movimiento
Se llama mecanismo a un conjunto de elementos rígidos, móviles unos respecto de otros, unidos entre sí mediante diferentes tipos de uniones, llamadas pares cinemáticos (pernos, uniones de contacto, pasadores, etc.), cuyo propósito es la transmisión de movimientos y fuerzas. Son, por tanto, las abstracciones teóricas del funcionamiento de las máquinas, y de su estudio se ocupa la Teoría de mecanismos.
Un brazo robot es un ejemplo de un movimiento espacial.
Un brazo robot es un ejemplo de un movimiento espacial.
Basándose en principios del álgebra lineal y física, se crean esqueletos vectoriales, con los cuales se forman sistemas de ecuaciones. A diferencia de un problema de cinemática o dinámica básico, un mecanismo no se considera como una masa puntual y, debido a que los elementos que conforman a un mecanismo presentan combinaciones de movimientos relativos de rotación y traslación, es necesario tomar en cuenta conceptos como centro de gravedad, momento de inercia, velocidad angular, etc.
La mayoría de veces un mecanismo puede ser analizado utilizando un enfoque bidimensional, lo que reduce el mecanismo a un plano.
En mecanismos más complejos y, por lo tanto, más realistas, es necesario utilizar un análisis espacial. Un ejemplo de esto es una rótula esférica, la cual puede realizar rotaciones tridimensionales.
El análisis de un mecanismo se debería hacer en el siguiente orden:
* Análisis de posición de un mecanismo.
* Análisis de velocidad de un mecanismo.
* Análisis de aceleración de un mecanismo.
* Análisis dinámica de un mecanismo.
* Análisis de esfuerzos de un mecanismo.
Métodos para analizar un mecanismo [editar]
* Método de la velocidad relativa
* Aceleración relativa
* Análisis dinámico
Véase también [editar]
* Rueda de Ginebra
* Leva (mecánica)
* Cinemática directa
* Polea
Enlaces externos [editar]
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Para otros usos de este término, véase Mecanismo (desambiguación).
Mecanismo en movimiento
Mecanismo en movimiento
Se llama mecanismo a un conjunto de elementos rígidos, móviles unos respecto de otros, unidos entre sí mediante diferentes tipos de uniones, llamadas pares cinemáticos (pernos, uniones de contacto, pasadores, etc.), cuyo propósito es la transmisión de movimientos y fuerzas. Son, por tanto, las abstracciones teóricas del funcionamiento de las máquinas, y de su estudio se ocupa la Teoría de mecanismos.
Un brazo robot es un ejemplo de un movimiento espacial.
Un brazo robot es un ejemplo de un movimiento espacial.
Basándose en principios del álgebra lineal y física, se crean esqueletos vectoriales, con los cuales se forman sistemas de ecuaciones. A diferencia de un problema de cinemática o dinámica básico, un mecanismo no se considera como una masa puntual y, debido a que los elementos que conforman a un mecanismo presentan combinaciones de movimientos relativos de rotación y traslación, es necesario tomar en cuenta conceptos como centro de gravedad, momento de inercia, velocidad angular, etc.
La mayoría de veces un mecanismo puede ser analizado utilizando un enfoque bidimensional, lo que reduce el mecanismo a un plano.
En mecanismos más complejos y, por lo tanto, más realistas, es necesario utilizar un análisis espacial. Un ejemplo de esto es una rótula esférica, la cual puede realizar rotaciones tridimensionales.
El análisis de un mecanismo se debería hacer en el siguiente orden:
* Análisis de posición de un mecanismo.
* Análisis de velocidad de un mecanismo.
* Análisis de aceleración de un mecanismo.
* Análisis dinámica de un mecanismo.
* Análisis de esfuerzos de un mecanismo.
Métodos para analizar un mecanismo [editar]
* Método de la velocidad relativa
* Aceleración relativa
* Análisis dinámico
Véase también [editar]
* Rueda de Ginebra
* Leva (mecánica)
* Cinemática directa
* Polea
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raulgalora... mecanismo de biela o manivela
Mecanismo de biela - manivela
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Mecanismo de biela y manivela en locomotoras de vapor. La biela recibe en (5) el movimiento lineal del pistón y lo transforma en rotación de las ruedas.
Mecanismo de biela y manivela en locomotoras de vapor. La biela recibe en (5) el movimiento lineal del pistón y lo transforma en rotación de las ruedas.
El mecanismo de biela - manivela es un mecanismo que transforma un movimiento circular a un movimiento de traslación (o viceversa). El ejemplo actual más común se encuentra en el motor de combustión interna de un automóvil, en el cual el movimiento lineal del pistón producido por la explosión de la gasolina se trasmite a la biela y se convierte en movimiento circular en el cigüeñal.
En forma esquemática, este mecanismo se crea con dos "barras" unidas por una unión de revoluta. Un extremo de la barra que rota (la manivela) se encuentra unido a un punto fijo, el centro de giro, y el otro extremo se encuentra unido a la biela. El extremo restante de la biela se encuentra unido a un pistón que se mueve en línea recta.
Véase también [editar]
* Mecanismo
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Mecanismo de biela y manivela en locomotoras de vapor. La biela recibe en (5) el movimiento lineal del pistón y lo transforma en rotación de las ruedas.
Mecanismo de biela y manivela en locomotoras de vapor. La biela recibe en (5) el movimiento lineal del pistón y lo transforma en rotación de las ruedas.
El mecanismo de biela - manivela es un mecanismo que transforma un movimiento circular a un movimiento de traslación (o viceversa). El ejemplo actual más común se encuentra en el motor de combustión interna de un automóvil, en el cual el movimiento lineal del pistón producido por la explosión de la gasolina se trasmite a la biela y se convierte en movimiento circular en el cigüeñal.
En forma esquemática, este mecanismo se crea con dos "barras" unidas por una unión de revoluta. Un extremo de la barra que rota (la manivela) se encuentra unido a un punto fijo, el centro de giro, y el otro extremo se encuentra unido a la biela. El extremo restante de la biela se encuentra unido a un pistón que se mueve en línea recta.
Véase también [editar]
* Mecanismo
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Acoplamiento Mecánico
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El alicate ejemplifica un mecanismo de cuatro barras, con un grado de libertad de uno.
El alicate ejemplifica un mecanismo de cuatro barras, con un grado de libertad de uno.
Un acoplamiento mecánico es una serie de acoplamientos rígidos con ligamentos que forman una cadena cerrada, o una serie de cadenas cerradas. Cada ligamento tiene uno o más ligas, y éstas tienen diferentes grados de libertad que le permiten tener movilidad entre los ligamentos. Un acoplamiento mecánico es llamado mecanismo si dos o más ligas se pueden mover con respecto a un ligamento fijo. Los acoplamientos mecánicos son usualmente designados en tener una entrada,y producir una salida,alterando el movimiento, velocidad, aceleración, y aplicando una ventaja mecánica.
Un acoplamiento mecánico que está designado a ser estacionario es llamado estructura.
Contenido
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* 1 Historia
* 2 Teoría
* 3 Tipos de acoplamientos
o 3.1 Acoplamiento biela-manivela
* 4 Usos
* 5 Referencias
* 6 Enlaces externos
Historia [editar]
Un gobernador centrífugo para el control de fluido. Una turbina de agua gira el gobernador, el cual controla el fluido del agua, el cual alimenta la turbina, creando una maquina de velocidad regulada.
Un gobernador centrífugo para el control de fluido. Una turbina de agua gira el gobernador, el cual controla el fluido del agua, el cual alimenta la turbina, creando una maquina de velocidad regulada.
Los acoplamientos mecánicos son una parte fundamental del diseño de máquinas, y los más simples acoplamientos no fueron ni inventados ni siquiera entendidos hasta el siglo XIX. Toma en cuenta un simple palo: tiene seis grados de libertad, tres de los cuales son las coordenadas de su centro en el espacio, los otros tres describen su rotación. Una vez unido entre un bloque de piedra y un punto de apoyo y es consignada a un movimiento particular, actuando como una palanca para mover el bloque. Cuando mas uniones son añadidas en varios mods su movimiento colectivo se define mayor precisión. Movimientos muy complicados y precisos pueden ser diseñados en un acoplamiento con sólo unas partes.
La Revolución Industrial fue la época de oro de los acomplamientos mecánicos. Los avances en matemáticas, ingeniería, y manufactura proveyeron tanto la necesidad como la abilidad de crear nuevos mecanismos. Muchos mecanismos simples que parecen obvios hoy, requirieron algunas de las más brillantes mentes de esa era para crearlos. Leonhard Euler fue uno de los primeros matemáticos en estudiar la síntesis de los acomplamientos, y James Watt trabajó arduamente para inventar el movimiento en paralelo que soporta el pistón de su máquina de vapor. Pafnuti Lvóvich Chebyshov trabajó en los diseños de los acomplamientos mecánicos por más de treinta años, lo cuale lo guió a crear sus polinomios1. Nuevas invenciones de acomplamientos mecánicos, diseñados por la necesidad, fueron un instrumento en la maquinaría de hilados, dando poder de conversión y regulando la velocidad. Inclusive la abilidad de un mecanismo para producir un movimiento lineal preciso, sin una guía de referencia, tomó años en solucionarse.
Científicos, mayormente Alemanes, Rusos e Ingleses, han investigado este dominio sobre los últimos 200 años, así que el análisis tradicional o los problemas de síntesis (como los de movimeinto planar) han sido resueltos (ve las bibliotecas en línea en los enlaces externos, en alemán e inglés).
La tecnología electrónica de hoy en día ha dado cómo algo obvio muchas aplicaciones de acoplamiento mecánico, tales como la computación mecánica, el teclear y la maquinaria. De todos modos, los diseños modernos de acoplamiento mecánico continúan avanzando, y los diseños que ocupaban a un ingeniero por días, hoy pueden ser optimizados por una computadora en segundos.
Inclusive los servomotores con un control digital son comunes, y a primera vista fáciles de usar, sin embargo algunos problemas de movimiento (especialmente para movimientos rápidos y precisos) aún son sólamente resueltos por medio de acoplamientos mecánicos.
Actualmente, los acomplamientos mecánicos han retomado gran importancia en la construcción de robots, donde en Japón exite también una historia de desarrollo e investigación muy avanzada sobre acoplamiento mecánico, pudiendo desarrollar nuevos avances en robótica con excelsa precisión.
Teoría [editar]
Los acoplamientos más simples tienen un grado de libertad de uno, lo que significa que hay un entrada de movimiento ("input motion", en Inglés) que produce una salida de movimiento ("output motion", en Inglés). La mayoría de los acoplamientos son también palnares, significando que todos los movimientos toman lugar en un sólo plano. Los acomplamientos espaciales (no-planar) son más difíciles de diseñar y por lo tanto no tan comunes.
La ecuación de Kutzbach-Gruebler es usada para calcular los grados de libertad en los acoplamientos. El número de grados de libertad de un acoplamiento es también llamado su mobilidad.
Una versión simplificada de la ecuación de Kutzbach-Gruebler para los acoplamientos planares es:
m = 3(n-1)-2j \,
m \, = mobilidad = grados de libertad
n \, = número de uniones (incluyendo la unión a tierra)
j \, = número de pares cinemáticos de un grado de libertad (pin o bola movible)
Mobilidad del acomplamiento mecánico
Una forma más general de la ecuación de Kutzbach-Gruebler para los acoplamientos planares conteniendo uniones más complejas:
m = 3(n-j-1)+ \sum_{n=1}^j\ f_i,
O, para acoplamientos espaciales (acoplamientos que se llevan a cabo en un movimiento en 3D):
m = 6(n-j-1)+ \sum_{n=1}^j\ f_i,
m \, = mobilidad (grados de libertad)
n \, = número de uniones (incluyendo una unión a tierra)
j \, = número total de uniones, sin tomar en cuenta la conectividad o los grados de libertad
\sum_{n=1}^j\ f_i= suma de los grados de libertad de cada unión.
La mobilidad de una máquina hidráulica puede ser fácilmente identificada contando el número de cilindros hidráulicos controlados independientemente.
Acoplamientos sencillos son capaces de producir un movimiento complicado.
Acoplamientos sencillos son capaces de producir un movimiento complicado.
Tipos de uniones:
* Pin, rotación de GDL (Grado De Libertad) de uno. Algunos ejemplos son: bujes, cojinetes, pernos, empalmes, remaches y bisagras.
* Semiesféricos, movimiento linear de GDL de uno o dos. cojinetes lineares, cilindros hidráulicos, rodillos y pistones.
* Bolla y socket, rotación de GDL de tres, usualmente restringido a un GDL de uno por las otras uniones en el mecanismo.
Los diseñadores sintetizarán un acoplamiento comenzando por un movimiento de salida requerido, una ventaja mecánica, velocidad y aceleración. Un tipo de acomplamiento es escogido y modificado para dar el desempleño requerido.
Cada unión es tratada como un vector, y los vectores pueden ser combinados en un sistema de ecuaciones, porque éstos forman un circuito. La matriz es resuelta para crear una ecuación de forma cerrada que relaciona las entradas de movimiento con los movimientos de salida. Lo mismo es hecho para la ventaja mecánica , o en otra cantidad importante. Las ecuaciones de movimiento son derivadas con respecto al tiempo para encontrar la velocidad y aceleración de las partes del mecanismo.
Tipos de acoplamientos [editar]
Acoplamiento biela - manivela
Acoplamiento biela - manivela
Los acoplamientos mecanicos pueden dividirse en acoplamientos rigidos y flexibles.
Acoplamiento biela-manivela [editar]
Artículo principal: Mecanismo de biela - manivela
Usos [editar]
Referencias [editar]
1. "How to Draw a Straight Line, historical discussion of linkage design", ¿Cómo dibujar una línea recta, discusión histórica sobre el diseño de los acoplamientos mecánicos (en Inglés)
Enlaces externos [editar]
* Una biblioteca que habla sobre los acoplamientos (acualmente casí todo en Alemán) está disponible en Biblioteca Digital sobre Mecánica (en Alemán: Digitale Mechanismen- und Getriebebibliothek)
* En KMODDL hay una fuente en línea en Inglés (contiene literatura en otros idiomas también)
Obtenido de "http://es.wikipedia.org/wiki/Acoplamiento_Mec%C3%A1nico"
Categoría: Elementos de máquinas
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El alicate ejemplifica un mecanismo de cuatro barras, con un grado de libertad de uno.
El alicate ejemplifica un mecanismo de cuatro barras, con un grado de libertad de uno.
Un acoplamiento mecánico es una serie de acoplamientos rígidos con ligamentos que forman una cadena cerrada, o una serie de cadenas cerradas. Cada ligamento tiene uno o más ligas, y éstas tienen diferentes grados de libertad que le permiten tener movilidad entre los ligamentos. Un acoplamiento mecánico es llamado mecanismo si dos o más ligas se pueden mover con respecto a un ligamento fijo. Los acoplamientos mecánicos son usualmente designados en tener una entrada,y producir una salida,alterando el movimiento, velocidad, aceleración, y aplicando una ventaja mecánica.
Un acoplamiento mecánico que está designado a ser estacionario es llamado estructura.
Contenido
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* 1 Historia
* 2 Teoría
* 3 Tipos de acoplamientos
o 3.1 Acoplamiento biela-manivela
* 4 Usos
* 5 Referencias
* 6 Enlaces externos
Historia [editar]
Un gobernador centrífugo para el control de fluido. Una turbina de agua gira el gobernador, el cual controla el fluido del agua, el cual alimenta la turbina, creando una maquina de velocidad regulada.
Un gobernador centrífugo para el control de fluido. Una turbina de agua gira el gobernador, el cual controla el fluido del agua, el cual alimenta la turbina, creando una maquina de velocidad regulada.
Los acoplamientos mecánicos son una parte fundamental del diseño de máquinas, y los más simples acoplamientos no fueron ni inventados ni siquiera entendidos hasta el siglo XIX. Toma en cuenta un simple palo: tiene seis grados de libertad, tres de los cuales son las coordenadas de su centro en el espacio, los otros tres describen su rotación. Una vez unido entre un bloque de piedra y un punto de apoyo y es consignada a un movimiento particular, actuando como una palanca para mover el bloque. Cuando mas uniones son añadidas en varios mods su movimiento colectivo se define mayor precisión. Movimientos muy complicados y precisos pueden ser diseñados en un acoplamiento con sólo unas partes.
La Revolución Industrial fue la época de oro de los acomplamientos mecánicos. Los avances en matemáticas, ingeniería, y manufactura proveyeron tanto la necesidad como la abilidad de crear nuevos mecanismos. Muchos mecanismos simples que parecen obvios hoy, requirieron algunas de las más brillantes mentes de esa era para crearlos. Leonhard Euler fue uno de los primeros matemáticos en estudiar la síntesis de los acomplamientos, y James Watt trabajó arduamente para inventar el movimiento en paralelo que soporta el pistón de su máquina de vapor. Pafnuti Lvóvich Chebyshov trabajó en los diseños de los acomplamientos mecánicos por más de treinta años, lo cuale lo guió a crear sus polinomios1. Nuevas invenciones de acomplamientos mecánicos, diseñados por la necesidad, fueron un instrumento en la maquinaría de hilados, dando poder de conversión y regulando la velocidad. Inclusive la abilidad de un mecanismo para producir un movimiento lineal preciso, sin una guía de referencia, tomó años en solucionarse.
Científicos, mayormente Alemanes, Rusos e Ingleses, han investigado este dominio sobre los últimos 200 años, así que el análisis tradicional o los problemas de síntesis (como los de movimeinto planar) han sido resueltos (ve las bibliotecas en línea en los enlaces externos, en alemán e inglés).
La tecnología electrónica de hoy en día ha dado cómo algo obvio muchas aplicaciones de acoplamiento mecánico, tales como la computación mecánica, el teclear y la maquinaria. De todos modos, los diseños modernos de acoplamiento mecánico continúan avanzando, y los diseños que ocupaban a un ingeniero por días, hoy pueden ser optimizados por una computadora en segundos.
Inclusive los servomotores con un control digital son comunes, y a primera vista fáciles de usar, sin embargo algunos problemas de movimiento (especialmente para movimientos rápidos y precisos) aún son sólamente resueltos por medio de acoplamientos mecánicos.
Actualmente, los acomplamientos mecánicos han retomado gran importancia en la construcción de robots, donde en Japón exite también una historia de desarrollo e investigación muy avanzada sobre acoplamiento mecánico, pudiendo desarrollar nuevos avances en robótica con excelsa precisión.
Teoría [editar]
Los acoplamientos más simples tienen un grado de libertad de uno, lo que significa que hay un entrada de movimiento ("input motion", en Inglés) que produce una salida de movimiento ("output motion", en Inglés). La mayoría de los acoplamientos son también palnares, significando que todos los movimientos toman lugar en un sólo plano. Los acomplamientos espaciales (no-planar) son más difíciles de diseñar y por lo tanto no tan comunes.
La ecuación de Kutzbach-Gruebler es usada para calcular los grados de libertad en los acoplamientos. El número de grados de libertad de un acoplamiento es también llamado su mobilidad.
Una versión simplificada de la ecuación de Kutzbach-Gruebler para los acoplamientos planares es:
m = 3(n-1)-2j \,
m \, = mobilidad = grados de libertad
n \, = número de uniones (incluyendo la unión a tierra)
j \, = número de pares cinemáticos de un grado de libertad (pin o bola movible)
Mobilidad del acomplamiento mecánico
Una forma más general de la ecuación de Kutzbach-Gruebler para los acoplamientos planares conteniendo uniones más complejas:
m = 3(n-j-1)+ \sum_{n=1}^j\ f_i,
O, para acoplamientos espaciales (acoplamientos que se llevan a cabo en un movimiento en 3D):
m = 6(n-j-1)+ \sum_{n=1}^j\ f_i,
m \, = mobilidad (grados de libertad)
n \, = número de uniones (incluyendo una unión a tierra)
j \, = número total de uniones, sin tomar en cuenta la conectividad o los grados de libertad
\sum_{n=1}^j\ f_i= suma de los grados de libertad de cada unión.
La mobilidad de una máquina hidráulica puede ser fácilmente identificada contando el número de cilindros hidráulicos controlados independientemente.
Acoplamientos sencillos son capaces de producir un movimiento complicado.
Acoplamientos sencillos son capaces de producir un movimiento complicado.
Tipos de uniones:
* Pin, rotación de GDL (Grado De Libertad) de uno. Algunos ejemplos son: bujes, cojinetes, pernos, empalmes, remaches y bisagras.
* Semiesféricos, movimiento linear de GDL de uno o dos. cojinetes lineares, cilindros hidráulicos, rodillos y pistones.
* Bolla y socket, rotación de GDL de tres, usualmente restringido a un GDL de uno por las otras uniones en el mecanismo.
Los diseñadores sintetizarán un acoplamiento comenzando por un movimiento de salida requerido, una ventaja mecánica, velocidad y aceleración. Un tipo de acomplamiento es escogido y modificado para dar el desempleño requerido.
Cada unión es tratada como un vector, y los vectores pueden ser combinados en un sistema de ecuaciones, porque éstos forman un circuito. La matriz es resuelta para crear una ecuación de forma cerrada que relaciona las entradas de movimiento con los movimientos de salida. Lo mismo es hecho para la ventaja mecánica , o en otra cantidad importante. Las ecuaciones de movimiento son derivadas con respecto al tiempo para encontrar la velocidad y aceleración de las partes del mecanismo.
Tipos de acoplamientos [editar]
Acoplamiento biela - manivela
Acoplamiento biela - manivela
Los acoplamientos mecanicos pueden dividirse en acoplamientos rigidos y flexibles.
Acoplamiento biela-manivela [editar]
Artículo principal: Mecanismo de biela - manivela
Usos [editar]
Referencias [editar]
1. "How to Draw a Straight Line, historical discussion of linkage design", ¿Cómo dibujar una línea recta, discusión histórica sobre el diseño de los acoplamientos mecánicos (en Inglés)
Enlaces externos [editar]
* Una biblioteca que habla sobre los acoplamientos (acualmente casí todo en Alemán) está disponible en Biblioteca Digital sobre Mecánica (en Alemán: Digitale Mechanismen- und Getriebebibliothek)
* En KMODDL hay una fuente en línea en Inglés (contiene literatura en otros idiomas también)
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Torsión mecánica
(Redirigido desde Torsión (ingeniería))
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Viga circular bajo torsión
Viga circular bajo torsión
En ingeniería, torsión es la solicitación que se presenta cuando se aplica un momento sobre el eje longitudinal de un elemento constructivo o prisma mecánico, como pueden ser ejes o, en general, elementos donde una dimensión predomina sobre las otras dos, aunque es posible encontrarla en situaciones diversas.
La torsión se caracteriza geométricamente porque cualquier curva paralela al eje de la pieza deja de estar contenida en el plano formado inicialmente por la dos curvas. En lugar de eso una curva paralela al eje se retuerce alrededor de él (ver torsión geométrica).
El estudio general de la torsión es complicado porque bajo ese tipo de solicitación la sección transversal de una pieza en general se caracteriza por dos fenómenos:
1. Aparecen tensiones tangenciales paralelas a la sección transversal. Si estas se represetan por un campo vectorial sus líneas de flujo "circulan" alrededor de la sección.
2. Cuando las tensiones anteriores no están distribuidas adecuadamente, cosa que sucede siempre a menos que la sección tenga simetría circular, aparecen alabeos seccionales que hacen que las secciones transversales deformadas no sean planas.
El alabeo de la sección complica el cálculo de tensiones y deformaciones, y hace que el momento torsor pueda descomponerse en una parte asociada a torsión alabeada y una parte asociada a la llamada torsión de Saint-Venant. En función de la forma de la sección y la forma del alabeo, pueden usarse diversas aproximaciones más simples que el caso general.
Contenido
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* 1 Torsión general: Dominios de torsión
* 2 Torsión de Saint-Venant pura
o 2.1 Torsión recta: Teoría de Coulomb
o 2.2 Torsión no recta: Teoría de Saint-Venant
o 2.3 Analogía de la membrana de Prandtl
o 2.4 Secciones cerradas simples de pared delgada
o 2.5 Secciones multicelulares de pared delgada
* 3 Torsión alabeada pura
o 3.1 Secciones abiertas de pared delgada
* 4 Torsión mixta
* 5 Referencias
Torsión general: Dominios de torsión [editar]
En el caso general se puede demostrar que el giro relativo de una sección no es constante y no coincide tampoco con la función de alabeo unitario. A partir del caso general, y definiendo la esbeltez torsional como:
\lambda_T \approx L\sqrt{\frac{GJ}{EI_\omega}}
Donde G, E son respectivamente el módulo de elasticidad transversal y el módulo elasticidad longitudinal, J, Iω son el módulo torsional y el momento de alabeo y L es la longitud de la barra recta. Podemos clasificar los diversos casos de torsión general dentro de límites donde resulten adecuadas las teorías aproxiamdas expuestas a continuación.
De acuerdo con Kollbruner y Basler:[1]
* Torsión de Saint-Venant pura, cuando \lambda_T \in (10,\infty).
* Torsión de Saint-Venant dominante, cuando \lambda_T \in [5,10).
* Torsión alabeada mixta, cuando \lambda_T \in (2,5).
* Torsión alabeada dominante, cuando \lambda_T \in (1/2,2].
* Torsión alabeada pura, cuando \lambda_T \in (0,1/2].
El cálculo exacto de la torsión en el caso general puede llevarse a cabo mediante métodos variacionales o usando un lagrangiano basado en la energía de deformación. El caso de la torsión alabeada mixta sólo puede ser tratado la teoría general de torsión. En cambio la torsión de Saint-Venant y la torsión alabeada puras admiten algunas simplifaciones útiles.
Torsión de Saint-Venant pura [editar]
La teoría de la torsión de Saint-Venant es aplicable a piezas prismáticas de gran inercia torsional con cualquier forma de sección, en esta simplificación se asume que el llamado momento de alabeo es nulo, lo cual no significa que el alabeo seccional también lo sea. La teoría de torsión de Saint-Venant da buenas aparoximaciones para valores λT > 10, esto suele cumplirse en:
1. Secciones macizas de gran inercia torsinal (circulares o de otra forma).
2. Secciones tubulares cerradas de pared delgada.
3. Secciones multicelulares de pared delgada.
Para secciones no circulares y sin simetría de revolución la teoría de Sant-Venant además de un giro relativo de la sección transversal respecto al eje baricéntrico predice un alabeo seccional o curvatura de la sección transversal. La teoría de Coulomb de hecho es un caso particular en el que el alabeo es cero, y por tanto sólo existe giro.
Torsión recta: Teoría de Coulomb [editar]
La teoría de Coulomb es aplicable a ejes de transmisión de potencia macizos o huecos, debido a la simetría circular de la sección no pueden existir alabeos diferenciales sobre la sección. De acuerdo con la teoría de Coulomb la torsión genera una tensión cortante el cual se calcula mediante la fórmula:
\tau_\rho = \frac {T}{J}\rho
Donde:
\tau_\rho\; : Esfuerzo cortante a la distancia ρ.
T: Momento torsor total que actúa sobre la sección.
\rho\ : distancia desde el centro geométrico de la sección hasta el punto donde se está calculando la tensión cortante.
J: Módulo de torsión.
Esta ecuación se asienta en la hipótesis cinemática de Coulomb sobre como se deforma una pieza prismática con simetría de revolución, es decir, es una teoría aplicable sólo a elementos sección circular o circular hueca. Para piezas con sección de ese tipo se supone que el eje baricéntrico permanece inalterado y cualquier otra línea paralea al eje se transforma en una espiral que gira alrededor del eje baricéntrico, es decir, se admite que la deformación viene dada por unos desplazamientos del tipo:
u_x(x,y,z) = 0 \qquad u_y(x,y,z) = -\alpha(x) z \qquad u_z(x,y,z) = +\alpha(x) y
El tensor de deformaciones para una pieza torsionada como la anterior se obtiene derivando adecuadamente las anteriores componentes del vector de desplazamiento:
\varepsilon_{xx} = \frac{\partial u_x}{\partial x} = 0 \qquad \varepsilon_{xy} = \frac{1}{2}\left(\frac{\partial u_x}{\partial y} + \frac{\partial u_y}{\partial x}\right) = -\frac{1}{2} \frac{\partial \alpha}{\partial x}z = -\frac{\alpha'_x z}{2}
\varepsilon_{yy} = \frac{\partial u_y}{\partial y} = 0 \qquad \varepsilon_{xz} = \frac{1}{2}\left(\frac{\partial u_x}{\partial z} + \frac{\partial u_z}{\partial x}\right) = +\frac{1}{2} \frac{\partial \alpha}{\partial x}y = +\frac{\alpha'_x y}{2}
\varepsilon_{zz} = \frac{\partial u_z}{\partial z} = 0 \qquad \varepsilon_{yz} = \frac{1}{2}\left(\frac{\partial u_y}{\partial z} + \frac{\partial u_z}{\partial y}\right)= 0
A partir de estas componentes del tensor de deformaciones usando las ecuaciones de Lamé-Hooke llevan a que el tensor tensión viene dado por:
\mathbf{T}_{tor} = \frac{G}{2} \begin{bmatrix} 0 & -\alpha'_x z & +\alpha'_x y \\ -\alpha'_x z & 0 & 0 \\ +\alpha'_x y & 0 & 0 \end{bmatrix}
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Viga circular bajo torsión
Viga circular bajo torsión
En ingeniería, torsión es la solicitación que se presenta cuando se aplica un momento sobre el eje longitudinal de un elemento constructivo o prisma mecánico, como pueden ser ejes o, en general, elementos donde una dimensión predomina sobre las otras dos, aunque es posible encontrarla en situaciones diversas.
La torsión se caracteriza geométricamente porque cualquier curva paralela al eje de la pieza deja de estar contenida en el plano formado inicialmente por la dos curvas. En lugar de eso una curva paralela al eje se retuerce alrededor de él (ver torsión geométrica).
El estudio general de la torsión es complicado porque bajo ese tipo de solicitación la sección transversal de una pieza en general se caracteriza por dos fenómenos:
1. Aparecen tensiones tangenciales paralelas a la sección transversal. Si estas se represetan por un campo vectorial sus líneas de flujo "circulan" alrededor de la sección.
2. Cuando las tensiones anteriores no están distribuidas adecuadamente, cosa que sucede siempre a menos que la sección tenga simetría circular, aparecen alabeos seccionales que hacen que las secciones transversales deformadas no sean planas.
El alabeo de la sección complica el cálculo de tensiones y deformaciones, y hace que el momento torsor pueda descomponerse en una parte asociada a torsión alabeada y una parte asociada a la llamada torsión de Saint-Venant. En función de la forma de la sección y la forma del alabeo, pueden usarse diversas aproximaciones más simples que el caso general.
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* 1 Torsión general: Dominios de torsión
* 2 Torsión de Saint-Venant pura
o 2.1 Torsión recta: Teoría de Coulomb
o 2.2 Torsión no recta: Teoría de Saint-Venant
o 2.3 Analogía de la membrana de Prandtl
o 2.4 Secciones cerradas simples de pared delgada
o 2.5 Secciones multicelulares de pared delgada
* 3 Torsión alabeada pura
o 3.1 Secciones abiertas de pared delgada
* 4 Torsión mixta
* 5 Referencias
Torsión general: Dominios de torsión [editar]
En el caso general se puede demostrar que el giro relativo de una sección no es constante y no coincide tampoco con la función de alabeo unitario. A partir del caso general, y definiendo la esbeltez torsional como:
\lambda_T \approx L\sqrt{\frac{GJ}{EI_\omega}}
Donde G, E son respectivamente el módulo de elasticidad transversal y el módulo elasticidad longitudinal, J, Iω son el módulo torsional y el momento de alabeo y L es la longitud de la barra recta. Podemos clasificar los diversos casos de torsión general dentro de límites donde resulten adecuadas las teorías aproxiamdas expuestas a continuación.
De acuerdo con Kollbruner y Basler:[1]
* Torsión de Saint-Venant pura, cuando \lambda_T \in (10,\infty).
* Torsión de Saint-Venant dominante, cuando \lambda_T \in [5,10).
* Torsión alabeada mixta, cuando \lambda_T \in (2,5).
* Torsión alabeada dominante, cuando \lambda_T \in (1/2,2].
* Torsión alabeada pura, cuando \lambda_T \in (0,1/2].
El cálculo exacto de la torsión en el caso general puede llevarse a cabo mediante métodos variacionales o usando un lagrangiano basado en la energía de deformación. El caso de la torsión alabeada mixta sólo puede ser tratado la teoría general de torsión. En cambio la torsión de Saint-Venant y la torsión alabeada puras admiten algunas simplifaciones útiles.
Torsión de Saint-Venant pura [editar]
La teoría de la torsión de Saint-Venant es aplicable a piezas prismáticas de gran inercia torsional con cualquier forma de sección, en esta simplificación se asume que el llamado momento de alabeo es nulo, lo cual no significa que el alabeo seccional también lo sea. La teoría de torsión de Saint-Venant da buenas aparoximaciones para valores λT > 10, esto suele cumplirse en:
1. Secciones macizas de gran inercia torsinal (circulares o de otra forma).
2. Secciones tubulares cerradas de pared delgada.
3. Secciones multicelulares de pared delgada.
Para secciones no circulares y sin simetría de revolución la teoría de Sant-Venant además de un giro relativo de la sección transversal respecto al eje baricéntrico predice un alabeo seccional o curvatura de la sección transversal. La teoría de Coulomb de hecho es un caso particular en el que el alabeo es cero, y por tanto sólo existe giro.
Torsión recta: Teoría de Coulomb [editar]
La teoría de Coulomb es aplicable a ejes de transmisión de potencia macizos o huecos, debido a la simetría circular de la sección no pueden existir alabeos diferenciales sobre la sección. De acuerdo con la teoría de Coulomb la torsión genera una tensión cortante el cual se calcula mediante la fórmula:
\tau_\rho = \frac {T}{J}\rho
Donde:
\tau_\rho\; : Esfuerzo cortante a la distancia ρ.
T: Momento torsor total que actúa sobre la sección.
\rho\ : distancia desde el centro geométrico de la sección hasta el punto donde se está calculando la tensión cortante.
J: Módulo de torsión.
Esta ecuación se asienta en la hipótesis cinemática de Coulomb sobre como se deforma una pieza prismática con simetría de revolución, es decir, es una teoría aplicable sólo a elementos sección circular o circular hueca. Para piezas con sección de ese tipo se supone que el eje baricéntrico permanece inalterado y cualquier otra línea paralea al eje se transforma en una espiral que gira alrededor del eje baricéntrico, es decir, se admite que la deformación viene dada por unos desplazamientos del tipo:
u_x(x,y,z) = 0 \qquad u_y(x,y,z) = -\alpha(x) z \qquad u_z(x,y,z) = +\alpha(x) y
El tensor de deformaciones para una pieza torsionada como la anterior se obtiene derivando adecuadamente las anteriores componentes del vector de desplazamiento:
\varepsilon_{xx} = \frac{\partial u_x}{\partial x} = 0 \qquad \varepsilon_{xy} = \frac{1}{2}\left(\frac{\partial u_x}{\partial y} + \frac{\partial u_y}{\partial x}\right) = -\frac{1}{2} \frac{\partial \alpha}{\partial x}z = -\frac{\alpha'_x z}{2}
\varepsilon_{yy} = \frac{\partial u_y}{\partial y} = 0 \qquad \varepsilon_{xz} = \frac{1}{2}\left(\frac{\partial u_x}{\partial z} + \frac{\partial u_z}{\partial x}\right) = +\frac{1}{2} \frac{\partial \alpha}{\partial x}y = +\frac{\alpha'_x y}{2}
\varepsilon_{zz} = \frac{\partial u_z}{\partial z} = 0 \qquad \varepsilon_{yz} = \frac{1}{2}\left(\frac{\partial u_y}{\partial z} + \frac{\partial u_z}{\partial y}\right)= 0
A partir de estas componentes del tensor de deformaciones usando las ecuaciones de Lamé-Hooke llevan a que el tensor tensión viene dado por:
\mathbf{T}_{tor} = \frac{G}{2} \begin{bmatrix} 0 & -\alpha'_x z & +\alpha'_x y \\ -\alpha'_x z & 0 & 0 \\ +\alpha'_x y & 0 & 0 \end{bmatrix}
raulgalora...magnetoquímico
Magnetoquímica
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La magnetoquímica es la rama de la ciencia que se dedica al estudio de las sustancias (elementos y compuestos) de propiedades magnéticas interesantes.
Contenido
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* 1 Historia
* 2 Fundamentos
* 3 Glosario de conceptos fundamentales
* 4 Investigación experimental
* 5 Investigación teórica
* 6 Véase también
Historia [editar]
Ferredoxina: proteína magnética de Fe/S
Los primeros compuestos magnéticamente interesantes (históricamente, fueron únicamente los ferromagnéticos ferromagnéticos, ya que el paramagnetismo y el diamagnetismo no son fenómenos lo bastante intensos para haber llamado la atención antes del desarrollo de la física) eran típicamente sólidos inorgánicos, como el hierro o la magnetita (un óxido de hierro).
Actualmente, los compuestos magnéticos de interés abarcan un amplio rango de campos, desde la química del estado sólido hasta la bioquímica.
Algunos científicos que se han implicado en el avance de la magnetoquímica en las últimas décadas son Olivier Kahn y Dante Gatteschi.
Fundamentos [editar]
Las propiedades magnéticas son generalmente debidas a la existencia de electrones desapareados en los metales de transición (aunque hay sistemas magnéticos puramente orgánicos, ver más abajo). En algunos sólidos inorgánicos, los momentos magnéticos de estos electrones se acoplan, este acoplamiento se propaga tridimensionalmente, y se llega a un ordenamiento magnético. Esto da lugar a la aparición de dominios magnéticos, con lo que se tienen imanes, con sus conocidas propiedades (atracción y repulsión) por otros imanes, dependiendo de cómo se enfrenten sus polos magnéticos.
Sólo recientemente se han sintetizado compuestos paramagnéticos, e incluso ferromagnéticos, enteramente orgánicos, aprovechando el acoplamiento de radicales libres, como el nitronil nitróxido, estabilizados para limitar su reactividad.
Glosario de conceptos fundamentales [editar]
* acoplamiento espín-órbita - acoplamiento entre un momento magnético orbital y un momento magnético de espín
* acoplamiento magnético - dos momentos magnéticos se alinean
* anisotropía en el canje magnético - canje magnético de diferente intensidad para diferentes direcciones del espacio
* campo magnético - íntimamente ligado al campo eléctrico, una de las fuerzas fundamentales de la naturaleza
* canje magnético - determina el alineamiento entre los momentos magnéticos por interacción directa
* correlaciones magnetoestructurales - correspondencia entre estructura molecular (o cristalina) e interacciones magnéticas
* desdoblamiento a campo nulo - diferencia de energía entre niveles magnéticos, en ausencia de campo magnético externo
* diamagnetismo - propiedad de un sistema que es repelido por el campo magnético (generalmente, sin momentos magnéticos)
* efecto Zeeman - desdoblamiento de los niveles magnéticos por interacción con un campo externo aplicado
* espín - propiedad fundamental de las partículas elementales, como la masa o la carga eléctrica
* equilibrio de espín - se puede dar en un sistema macroscópico con dos fases magnéticas posibles
* ferrimagneto - sólido con ordenamiento magnético que hace su magnetización alta, a base de interacciones antiferromagnéticas no compensadas
* ferromagneto - sólido con ordenamiento magnético que hace que su magnetización sea máxima, a base de interacciones ferromagnéticas
* histéresis magnética - retención de una magnetización remanente tras eliminar el campo magnética aplicado sobre un sistema
* imán - material con histéresis magnética
* imán monomolecular - imán en una sola molécula
* imán de base molecular - un imán construido a partir de muchas moléculas
* interacción magnética - dos momentos magnéticos se afectan uno a otro
* interacción magnética dipolar - como la que se produce en imanes macroscópicos
* hamiltonianos relacionados con magnetoquímica - descripciones cuánticas de fenónemos magnéticos
* momento magnético - unidad fundamental de magnetismo, se puede imaginar como un pequeño imán
* momento magnético de espín - momento magnético intrínseco al espín, lo encontraremos en todo electrón desparejado
* momento magnético orbital - momento magnético por el movimiento orbital de los electrones, lo encontraremos sólo en sistemas con degeneración orbital
* orbital - descripción (función) matemática de la situación de un electrón en un átomo
* ordenamiento magnético - un número elevado de momentos magnéticos se alinean, en un sólido
* paramagnetismo - un sistema con momentos magnéticos, que es atraído por el campo
* supercanje magnético - como el canje magnético, pero a través de un puente
* superparamagneto - paramagneto de momento magnético muy elevado
* susceptibilidad magnética - incremento de la magnetización por la exposición a un campo magnético
* transferencia electrónica - salto de un electrón de un átomo a otro
* transición de espín - paso brusco entre las dos fases magnéticas posibles en un sistema macroscópico
* vidrio de espín - sólido paramagnético capaz de presentar algunas de las propiedades de un ferromagneto
Vista superior del Mn12. Se ven los carboxilatos ecuatoriales.
Investigación experimental [editar]
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* 1 Historia
* 2 Fundamentos
* 3 Glosario de conceptos fundamentales
* 4 Investigación experimental
* 5 Investigación teórica
* 6 Véase también
Historia [editar]
Ferredoxina: proteína magnética de Fe/S
Los primeros compuestos magnéticamente interesantes (históricamente, fueron únicamente los ferromagnéticos ferromagnéticos, ya que el paramagnetismo y el diamagnetismo no son fenómenos lo bastante intensos para haber llamado la atención antes del desarrollo de la física) eran típicamente sólidos inorgánicos, como el hierro o la magnetita (un óxido de hierro).
Actualmente, los compuestos magnéticos de interés abarcan un amplio rango de campos, desde la química del estado sólido hasta la bioquímica.
Algunos científicos que se han implicado en el avance de la magnetoquímica en las últimas décadas son Olivier Kahn y Dante Gatteschi.
Fundamentos [editar]
Las propiedades magnéticas son generalmente debidas a la existencia de electrones desapareados en los metales de transición (aunque hay sistemas magnéticos puramente orgánicos, ver más abajo). En algunos sólidos inorgánicos, los momentos magnéticos de estos electrones se acoplan, este acoplamiento se propaga tridimensionalmente, y se llega a un ordenamiento magnético. Esto da lugar a la aparición de dominios magnéticos, con lo que se tienen imanes, con sus conocidas propiedades (atracción y repulsión) por otros imanes, dependiendo de cómo se enfrenten sus polos magnéticos.
Sólo recientemente se han sintetizado compuestos paramagnéticos, e incluso ferromagnéticos, enteramente orgánicos, aprovechando el acoplamiento de radicales libres, como el nitronil nitróxido, estabilizados para limitar su reactividad.
Glosario de conceptos fundamentales [editar]
* acoplamiento espín-órbita - acoplamiento entre un momento magnético orbital y un momento magnético de espín
* acoplamiento magnético - dos momentos magnéticos se alinean
* anisotropía en el canje magnético - canje magnético de diferente intensidad para diferentes direcciones del espacio
* campo magnético - íntimamente ligado al campo eléctrico, una de las fuerzas fundamentales de la naturaleza
* canje magnético - determina el alineamiento entre los momentos magnéticos por interacción directa
* correlaciones magnetoestructurales - correspondencia entre estructura molecular (o cristalina) e interacciones magnéticas
* desdoblamiento a campo nulo - diferencia de energía entre niveles magnéticos, en ausencia de campo magnético externo
* diamagnetismo - propiedad de un sistema que es repelido por el campo magnético (generalmente, sin momentos magnéticos)
* efecto Zeeman - desdoblamiento de los niveles magnéticos por interacción con un campo externo aplicado
* espín - propiedad fundamental de las partículas elementales, como la masa o la carga eléctrica
* equilibrio de espín - se puede dar en un sistema macroscópico con dos fases magnéticas posibles
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* ferromagneto - sólido con ordenamiento magnético que hace que su magnetización sea máxima, a base de interacciones ferromagnéticas
* histéresis magnética - retención de una magnetización remanente tras eliminar el campo magnética aplicado sobre un sistema
* imán - material con histéresis magnética
* imán monomolecular - imán en una sola molécula
* imán de base molecular - un imán construido a partir de muchas moléculas
* interacción magnética - dos momentos magnéticos se afectan uno a otro
* interacción magnética dipolar - como la que se produce en imanes macroscópicos
* hamiltonianos relacionados con magnetoquímica - descripciones cuánticas de fenónemos magnéticos
* momento magnético - unidad fundamental de magnetismo, se puede imaginar como un pequeño imán
* momento magnético de espín - momento magnético intrínseco al espín, lo encontraremos en todo electrón desparejado
* momento magnético orbital - momento magnético por el movimiento orbital de los electrones, lo encontraremos sólo en sistemas con degeneración orbital
* orbital - descripción (función) matemática de la situación de un electrón en un átomo
* ordenamiento magnético - un número elevado de momentos magnéticos se alinean, en un sólido
* paramagnetismo - un sistema con momentos magnéticos, que es atraído por el campo
* supercanje magnético - como el canje magnético, pero a través de un puente
* superparamagneto - paramagneto de momento magnético muy elevado
* susceptibilidad magnética - incremento de la magnetización por la exposición a un campo magnético
* transferencia electrónica - salto de un electrón de un átomo a otro
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Investigación experimental [editar]
raulgalora... imán fisico
Imán (física)
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Un imán (del francés aimant) es un cuerpo o dispositivo con un campo magnético significativo, de forma que tiende a alinearse con otros imanes (por ejemplo, con el campo magnético terrestre).
Contenido
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* 1 Tipos de imanes
* 2 Magnetismo
* 3 Polos magnéticos
* 4 Magnetización
* 5 Forma de magnetizar una sustancia
* 6 Otros usos
* 7 Véase también
* 8 Enlaces externos
Tipos de imanes [editar]
Imán
Imán
Los imanes pueden ser naturales o artificiales; o bien, permanentes o temporales.
Un imán natural es un mineral con propiedades magnéticas. Tal es el caso de la magnetita, que es un óxido de hierro (Fe3O4).
Un imán artificial es un cuerpo de material ferromagnético al que se ha comunicado la propiedad del magnetismo, ya sea mediante frotamiento con un imán natural o por la acción de corrientes eléctricas aplicadas en forma conveniente (electroimanación).
Un imán permanente está fabricado en acero imanado (hierro con un alto contenido en carbono), lo que hace que conserve su poder magnético. También se emplea alnico en algunos casos. Sin embargo, una fuerte carga eléctrica, un impacto de gran magnitud, o la aplicación de una elevada cantidad de calor, puede causar que el imán pierda su fuerza actuante, aunque en el caso de aplicar una fuerte cantidad de calor dicha perdida es temporal puesto que al enfriarse volverian todas sus propiedades.
Un imán temporal pierde sus propiedades una vez que cesa la causa que provoca el magnetismo. Dichos imanes están fabricados en hierro dulce (con un contenido muy bajo en carbono).
Un electroimán es una bobina (en el caso mínimo, una espira) por la que circula corriente eléctrica. Esto genera un campo magnético isomórfico al de un imán de barra que imanta el metal. Un electroimán es un caso particular de un imán temporal.
Magnetismo [editar]
Artículo principal: Magnetismo
Los fenómenos magnéticos fueron conocidos por los antiguos griegos. Se dice que por primera vez se observaron en la ciudad de "Magnesia" en Asia Menor, de ahí el término magnetismo. Sabían que ciertas piedras atraían el hierro y que los trocitos de hierro atraídos, atraían a su vez a otros. Estas se denominaron imanes naturales.
Fue Oersted quien evidenció en 1820 por primera vez que una corriente genera un campo magnético a su alrededor. En el interior de la materia existen pequeñas corrientes cerradas al movimiento de los electrones que contienen los átomos; cada una de ellas origina un microscópico imán. Cuando estos pequeños imanes están orientados en todas direcciones sus efectos se anulan mutuamente y el material no presenta propiedades magnéticas; y en cambio, si todos los imanes se alinean, actúan como un único imán y en ese caso decimos que la sustancia se ha magnetizado.
Polos magnéticos [editar]
Líneas de fuerza de un imán, visualizadas mediante limaduras de hierro extendidas sobre una cartulina.
Líneas de fuerza de un imán, visualizadas mediante limaduras de hierro extendidas sobre una cartulina.
Tanto si se trata de un tipo de imán como de otro, la máxima fuerza de atracción se halla en sus extremos, llamados polos. Un imán consta de dos polos, denominados polo norte y polo sur. Los polos iguales se repelen y los polos distintos se atraen. No existen polos aislados (monopolo magnético), y por lo tanto, si un imán se rompe en dos partes, se forman dos nuevos imanes, cada uno con su polo norte y su polo sur, aunque la fuerza de atracción del imán disminuye.
Entre ambos polos se crean líneas de fuerza, siendo estas líneas cerradas, por lo que en el interior del imán también van de un polo al otro. Como se muestra en la figura, pueden ser visualizadas esparciendo limaduras de hierro sobre una cartulina situada encima de una barra imantada; golpeando suavemente la cartulina, las limaduras se orientan en la dirección de las líneas de fuerza.
Magnetización [editar]
Este artículo o sección necesita fuentes o referencias que aparezcan en una publicación acreditada, como libros de texto u otras publicaciones especializadas en el tema.
Puedes dar aviso al autor principal del artículo pegando el siguiente código en su página de discusión: {{subst:Aviso referencias|Imán (física)}} ~~~~
Artículo principal: Magnetización
La magnetización de un objeto es el valor local de su momento angular-magnético por unidad de volumen, usualmente denotado M, con unidades A/m. Es un campo vectorial, mas allá que simplemente un vector (como el momento magnético), porque las diferentes secciones de una barra magnética generalmente están magnetizadas con diferentes direcciones y fuerzas. Una buena barra magnética puede tener un momento magnético de magnitud 0,1 A·m² y de volumen de 1 cm³, o 0,000001 m³; por esa razón el promedio de la magnitud de magnetización es de 100.000 A/m. El acero puede tener una magnetización de alrededor de un millón A/m.
Forma de magnetizar una sustancia [editar]
Colocando el material en un fuerte campo magnético producido por un magneto permanente o por una corriente eléctrica, o cuando el material calentado que se puede volver magnético (ej. acero o lava basáltica) se enfría en la presencia de algún campo magnético.
Otros usos [editar]
Los imanes o magnetos se utilizan de muy diversas formas y utilidades: bocinas, puertas de refrigeradores, para el cierre de mobiliario, publicidad (en el refrigerador), etc.
Véase también [editar]
* Ferromagnetismo
* Magnetismo
Enlaces externos [editar]
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Un imán (del francés aimant) es un cuerpo o dispositivo con un campo magnético significativo, de forma que tiende a alinearse con otros imanes (por ejemplo, con el campo magnético terrestre).
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* 1 Tipos de imanes
* 2 Magnetismo
* 3 Polos magnéticos
* 4 Magnetización
* 5 Forma de magnetizar una sustancia
* 6 Otros usos
* 7 Véase también
* 8 Enlaces externos
Tipos de imanes [editar]
Imán
Imán
Los imanes pueden ser naturales o artificiales; o bien, permanentes o temporales.
Un imán natural es un mineral con propiedades magnéticas. Tal es el caso de la magnetita, que es un óxido de hierro (Fe3O4).
Un imán artificial es un cuerpo de material ferromagnético al que se ha comunicado la propiedad del magnetismo, ya sea mediante frotamiento con un imán natural o por la acción de corrientes eléctricas aplicadas en forma conveniente (electroimanación).
Un imán permanente está fabricado en acero imanado (hierro con un alto contenido en carbono), lo que hace que conserve su poder magnético. También se emplea alnico en algunos casos. Sin embargo, una fuerte carga eléctrica, un impacto de gran magnitud, o la aplicación de una elevada cantidad de calor, puede causar que el imán pierda su fuerza actuante, aunque en el caso de aplicar una fuerte cantidad de calor dicha perdida es temporal puesto que al enfriarse volverian todas sus propiedades.
Un imán temporal pierde sus propiedades una vez que cesa la causa que provoca el magnetismo. Dichos imanes están fabricados en hierro dulce (con un contenido muy bajo en carbono).
Un electroimán es una bobina (en el caso mínimo, una espira) por la que circula corriente eléctrica. Esto genera un campo magnético isomórfico al de un imán de barra que imanta el metal. Un electroimán es un caso particular de un imán temporal.
Magnetismo [editar]
Artículo principal: Magnetismo
Los fenómenos magnéticos fueron conocidos por los antiguos griegos. Se dice que por primera vez se observaron en la ciudad de "Magnesia" en Asia Menor, de ahí el término magnetismo. Sabían que ciertas piedras atraían el hierro y que los trocitos de hierro atraídos, atraían a su vez a otros. Estas se denominaron imanes naturales.
Fue Oersted quien evidenció en 1820 por primera vez que una corriente genera un campo magnético a su alrededor. En el interior de la materia existen pequeñas corrientes cerradas al movimiento de los electrones que contienen los átomos; cada una de ellas origina un microscópico imán. Cuando estos pequeños imanes están orientados en todas direcciones sus efectos se anulan mutuamente y el material no presenta propiedades magnéticas; y en cambio, si todos los imanes se alinean, actúan como un único imán y en ese caso decimos que la sustancia se ha magnetizado.
Polos magnéticos [editar]
Líneas de fuerza de un imán, visualizadas mediante limaduras de hierro extendidas sobre una cartulina.
Líneas de fuerza de un imán, visualizadas mediante limaduras de hierro extendidas sobre una cartulina.
Tanto si se trata de un tipo de imán como de otro, la máxima fuerza de atracción se halla en sus extremos, llamados polos. Un imán consta de dos polos, denominados polo norte y polo sur. Los polos iguales se repelen y los polos distintos se atraen. No existen polos aislados (monopolo magnético), y por lo tanto, si un imán se rompe en dos partes, se forman dos nuevos imanes, cada uno con su polo norte y su polo sur, aunque la fuerza de atracción del imán disminuye.
Entre ambos polos se crean líneas de fuerza, siendo estas líneas cerradas, por lo que en el interior del imán también van de un polo al otro. Como se muestra en la figura, pueden ser visualizadas esparciendo limaduras de hierro sobre una cartulina situada encima de una barra imantada; golpeando suavemente la cartulina, las limaduras se orientan en la dirección de las líneas de fuerza.
Magnetización [editar]
Este artículo o sección necesita fuentes o referencias que aparezcan en una publicación acreditada, como libros de texto u otras publicaciones especializadas en el tema.
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Artículo principal: Magnetización
La magnetización de un objeto es el valor local de su momento angular-magnético por unidad de volumen, usualmente denotado M, con unidades A/m. Es un campo vectorial, mas allá que simplemente un vector (como el momento magnético), porque las diferentes secciones de una barra magnética generalmente están magnetizadas con diferentes direcciones y fuerzas. Una buena barra magnética puede tener un momento magnético de magnitud 0,1 A·m² y de volumen de 1 cm³, o 0,000001 m³; por esa razón el promedio de la magnitud de magnetización es de 100.000 A/m. El acero puede tener una magnetización de alrededor de un millón A/m.
Forma de magnetizar una sustancia [editar]
Colocando el material en un fuerte campo magnético producido por un magneto permanente o por una corriente eléctrica, o cuando el material calentado que se puede volver magnético (ej. acero o lava basáltica) se enfría en la presencia de algún campo magnético.
Otros usos [editar]
Los imanes o magnetos se utilizan de muy diversas formas y utilidades: bocinas, puertas de refrigeradores, para el cierre de mobiliario, publicidad (en el refrigerador), etc.
Véase también [editar]
* Ferromagnetismo
* Magnetismo
Enlaces externos [editar]
raulgalora...campo magnetico estelar
Campo magnético estelar
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EL campo magnético del Sol produce esta eyección masiva de plasma. Imagen del NOAA.
EL campo magnético del Sol produce esta eyección masiva de plasma. Imagen del NOAA.
Un campo magnético estelar es un campo magnético generado por el movimiento del plasma conductivo dentro de una estrella en la secuencia principal. Este movimiento se crea por convección, que es una forma de transporte de energía que involucra al movimiento fisico de material. El campo magnético ejerce una fuerza sobre el plasma, aumentando efectivamente la presión sin una ganancia comparable en la densidad. Como resultado, la región magnetizada se eleva relativamente con respecto al resto del plasma, hasta que alcanza la fotosfera de la estrella. Esto crea las manchas solares y los bucles en la corona solar.[1]
Contenido
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* 1 Mediciones
* 2 Generación del campo
* 3 Actividad superficial
* 4 Estrellas magnéticas
* 5 Referencias
* 6 Enlaces externos
Mediciones [editar]
El espectro más bajo demuestra el efecto Zeeman después de aplicar un campo magnético a la fuente superior.
El espectro más bajo demuestra el efecto Zeeman después de aplicar un campo magnético a la fuente superior.
El campo magnético de una estrella puede ser medido por medio del efecto Zeeman. Normalmente los átomos en las atmosfera de una estrella absorben ciertas frecuencias o longitudes de onda en el espectro electromagnético, produciendo líneas oscuras de absorción dentro del espectro de la estrella. Cuando los átomos se encuentran dentro de un campo magnético, estas lineas de absorción se separan en múltiples líneas separadas por un pequeño espacio. Adicionalmente la energía se polariza con una orientación que depende de la orientación del campo magnético. Por lo tanto, la fuerza y la dirección del campo magnético de las estrellas pueden determinarse examinando las líneas del efecto Zeeman.[2] [3]
Para medir el campo magnético de una estrella se usa un espectropolarímetro estelar. Este instrumento consiste en un espectrógrafo combinado con un polarímetro. El primer instrumento dedicado al estudio de campos magnéticos estelares fue el NARVAL, que fue montado en el telescopio Bernard Lyot del Pic du Midi de Bigorre, en los Pirineos franceses.[4]
Generación del campo [editar]
Se cree que los campos magnéticos estelares se forman dentro de la zona convectiva de la estrella. La circulación convectiva del plasma conductor funciona como una dinamo. Esta actividad destruye el campo magnético primordial de la estrella, y entonces genera un campo magnético bipolar. Como la estrella experimenta una rotación diferencial —rotando a diferentes velocidades en varias latitudes—el magnetismo se enrolla en un campo toroidal de cuerdas de flujo que queda envuelto alrededor de la estrella. Los campos pueden llegar a ser altamente concentrados, produciendo actividad cuando emergen a la superficie.[5]
Actividad superficial [editar]
Las manchas solares son regiones de intensa actividad magnética en la superficie de la estrella. (En el Sol hay manchas solares periódicas.). Forman un componente visible de los tubos de flujo que se forman dentro de la zona de convección de la estrella. Debido a la rotación diferencial de la estrella, los tubos se extienden y se curvan, inhibiendo la convección y produciendo zonas de temperatura inferior a la normal.[6] A menudo se forman anillos coronales por encima de las manchas solares, provenientes de líneas de campo magnético que se han extendido dentro de la corona solar. Esto, a su vez, sirve para calentar la corona hasta temperaturas por encima del millón de kelvins.[7]
Los campos magnéticos ligados a las manchas solares y anillos coronales están asociados a erupciones solares y a la eyección de masa coronal. El plasma es calentado a decenas de millones de grados kelvin, y las partículas se aceleran escapando de la superficie de la estrella a velocidades extremas.[8]
La actividad superficial parece estar relacionada con la edad y la rotación de las estrellas de la secuencia principal. Las estrellas jóvenes con un índice de rotación elevado muestran una fuerte actividad. En contraste, las estrellas de mediana edad como el Sol con índices de rotación más lentos muestran niveles más bajos de actividad, que además varía en ciclos. Algunas estrellas viejas no muestran prácticamente actividad, lo que podría significar que han entrado en una calma comparable al mínimo de Maunder del Sol. Las medidas en la variación de la actividad estelar pueden ser útiles para determinar los índices de rotación diferencial de una estrella.[9]
Estrellas magnéticas [editar]
Campo magnético superficial de SU Aur (una estrella joven de tipo T Tauri).
Campo magnético superficial de SU Aur (una estrella joven de tipo T Tauri).
Una estrella T Tauri es un tipo de estrella pre-secuencia principal que se está calentando a través de la contracción gravitatoria y que todavía no ha empezado a quemar hidrógeno en su núcleo. Son estrellas variables que son magnéticamente activas. Se cree que el campo magnético de estas estrellas interactúa con su potente viento estelar, transfiriendo momento angular al disco protoplanetario que lo rodea. Esto permite a la estrella frenar su índice de rotación mientras colapsa.[10]
Las pequeñas estrellas de clase M (con 0.1–0.6 masas solares) que muestran una variabilidad rápida e irregular se conocen como estrellas fulgurantes. Se piensa que estas fluctuaciones están causadas por erupciones, aunque la actividad es mucho más fuerte en relación al tamaño de la estrella. Las erupciones en esta clase de estrellas pueden extenderse hasta el 20% de la circunferencia, e irradiar la mayor parte de su energía en el espectro azul y ultravioleta.[11]
Las nebulosas planetarias se forman cuando una estrella gigante roja eyecta su cobertura exterior, formando una capa de gas en expansión. No obstante, todavía no está claro por qué estas capas no son siempre simétricament esféricas. El 80% de las nebulosas planetarias no tienen forma esférica, tienen formas bipolares o elípticas. Una hipótesis para la formación de formas no esféricas es el efecto del campo magnético de la estrella. En vez de expandirse uniformemente en todas direcciones, el plasma eyectado tiende a salir por los polos magnéticos. Las observaciones de las estrellas centrales de al menos cuatro nebulosas planetarias han confirmado que poseen potentes campos magnéticos.[12]
Después de que algunas estrellas masivas hayan cesado su fusión termonuclear, una porción de su masa se colapsa en un cuerpo compacto de neutrones llamado estrella de neutrones. Estos cuerpos retienen una parte significativa del campo magnético de la estrella original, pero el colapso de tamaño causa el reforzamiento de este campo. La rotación rápida de estas estrellas de neutrones colapsadas dará como resultado un púlsar, que emite una estrecha banda de energía que puede apuntar hacia el observador periódicamente.
Una forma extrema de una estrella de neutrones magnetizada es un magnetar, que se forman como resultado del colapso de un núcleo de supernova.[13] La existencia de estas estrellas fue confirmada en 1998 con los medición de la estrella SGR 1806-20. El campo magnético de esta estrella ha incrementado la temperatura superficial hasta los 18 millones de K y libera enormes cantidades de energía en forma de explosión de rayos gamma.[14]
Referencias [editar]
1. ↑ X-rays from Stellar Coronas (6 de julio de 2005).
2. ↑ Wade, Gregg A. (8-13 de julio de 2004). "Stellar Magnetic Fields: The view from the ground and from space". Cambridge University Press The A-star Puzzle: Proceedings IAU Symposium No. 224: 235-243.
3. ↑ Basri, Gibor (2006). "Big Fields on Small Stars". Science 311 (5761): 618-619. Consultado el 04-02-2007.
4. ↑ Staff. “NARVAL: First Observatory Dedicated To Stellar Magnetism”, Science Daily, February 22, 2007. Consultado el 21-06-2007.
5. ↑ Piddington, J. H. (1983). "On the origin and structure of stellar magnetic fields". Astrophysics and Space Science 90 (1): 217-230. Consultado el 21-06-2007.
6. ↑ Sherwood, Jonathan. “Dark Edge of Sunspots Reveal Magnetic Melee”, Universidad de Rochester, 3 de diciembre de 2002. Consultado el 21-06-2007.
7. ↑ Hudson, H. S.; Kosugi, T. (1999). "How the Sun's Corona Gets Hot". Science 285 (5429): 849. Consultado el 21-06-2007.
8. ↑ Hathaway, David H. (18 de enero de 2007). Solar Flares. NASA. Consultado el 21-06-2007.
9. ↑ Berdyugina, Svetlana V. (2005). Starspots: A Key to the Stellar Dynamo. Living Reviews. Consultado el 21-06-2007.
10. ↑ Küker, M.; Henning, T.; Rüdiger, G. (2003). "Magnetic Star-Disk Coupling in Classical T Tauri Systems". The Astrophysical Journal 589: 397-409. Consultado el 21-06-2007.
11. ↑ Templeton, Matthew (otoño de 2003). Variable Star Of The Season: UV Ceti. AAVSO. Consultado el 21-06-2007.
12. ↑ Jordan, S.; Werner, K.; O'Toole, S.. “First Detection Of Magnetic Fields In Central Stars Of Four Planetary Nebulae”, Space Daily, 6 de enero de 2005. Consultado el 21-06-2007.
13. ↑ Duncan, Robert C. (2003). 'Magnetars', Soft Gamma Repeaters, and Very Strong Magnetic Fields. University of Texas at Austin. Consultado el 21-06-2007.
14. ↑ Isbell, D.; Tyson, T.. “Strongest Stellar Magnetic Field yet Observed Confirms Existence of Magnetars”, NASA/Goddard Space Flight Center, M20 de mayo de 1998. Consultado el 24-05-2006.
Enlaces externos [editar]
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EL campo magnético del Sol produce esta eyección masiva de plasma. Imagen del NOAA.
EL campo magnético del Sol produce esta eyección masiva de plasma. Imagen del NOAA.
Un campo magnético estelar es un campo magnético generado por el movimiento del plasma conductivo dentro de una estrella en la secuencia principal. Este movimiento se crea por convección, que es una forma de transporte de energía que involucra al movimiento fisico de material. El campo magnético ejerce una fuerza sobre el plasma, aumentando efectivamente la presión sin una ganancia comparable en la densidad. Como resultado, la región magnetizada se eleva relativamente con respecto al resto del plasma, hasta que alcanza la fotosfera de la estrella. Esto crea las manchas solares y los bucles en la corona solar.[1]
Contenido
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* 1 Mediciones
* 2 Generación del campo
* 3 Actividad superficial
* 4 Estrellas magnéticas
* 5 Referencias
* 6 Enlaces externos
Mediciones [editar]
El espectro más bajo demuestra el efecto Zeeman después de aplicar un campo magnético a la fuente superior.
El espectro más bajo demuestra el efecto Zeeman después de aplicar un campo magnético a la fuente superior.
El campo magnético de una estrella puede ser medido por medio del efecto Zeeman. Normalmente los átomos en las atmosfera de una estrella absorben ciertas frecuencias o longitudes de onda en el espectro electromagnético, produciendo líneas oscuras de absorción dentro del espectro de la estrella. Cuando los átomos se encuentran dentro de un campo magnético, estas lineas de absorción se separan en múltiples líneas separadas por un pequeño espacio. Adicionalmente la energía se polariza con una orientación que depende de la orientación del campo magnético. Por lo tanto, la fuerza y la dirección del campo magnético de las estrellas pueden determinarse examinando las líneas del efecto Zeeman.[2] [3]
Para medir el campo magnético de una estrella se usa un espectropolarímetro estelar. Este instrumento consiste en un espectrógrafo combinado con un polarímetro. El primer instrumento dedicado al estudio de campos magnéticos estelares fue el NARVAL, que fue montado en el telescopio Bernard Lyot del Pic du Midi de Bigorre, en los Pirineos franceses.[4]
Generación del campo [editar]
Se cree que los campos magnéticos estelares se forman dentro de la zona convectiva de la estrella. La circulación convectiva del plasma conductor funciona como una dinamo. Esta actividad destruye el campo magnético primordial de la estrella, y entonces genera un campo magnético bipolar. Como la estrella experimenta una rotación diferencial —rotando a diferentes velocidades en varias latitudes—el magnetismo se enrolla en un campo toroidal de cuerdas de flujo que queda envuelto alrededor de la estrella. Los campos pueden llegar a ser altamente concentrados, produciendo actividad cuando emergen a la superficie.[5]
Actividad superficial [editar]
Las manchas solares son regiones de intensa actividad magnética en la superficie de la estrella. (En el Sol hay manchas solares periódicas.). Forman un componente visible de los tubos de flujo que se forman dentro de la zona de convección de la estrella. Debido a la rotación diferencial de la estrella, los tubos se extienden y se curvan, inhibiendo la convección y produciendo zonas de temperatura inferior a la normal.[6] A menudo se forman anillos coronales por encima de las manchas solares, provenientes de líneas de campo magnético que se han extendido dentro de la corona solar. Esto, a su vez, sirve para calentar la corona hasta temperaturas por encima del millón de kelvins.[7]
Los campos magnéticos ligados a las manchas solares y anillos coronales están asociados a erupciones solares y a la eyección de masa coronal. El plasma es calentado a decenas de millones de grados kelvin, y las partículas se aceleran escapando de la superficie de la estrella a velocidades extremas.[8]
La actividad superficial parece estar relacionada con la edad y la rotación de las estrellas de la secuencia principal. Las estrellas jóvenes con un índice de rotación elevado muestran una fuerte actividad. En contraste, las estrellas de mediana edad como el Sol con índices de rotación más lentos muestran niveles más bajos de actividad, que además varía en ciclos. Algunas estrellas viejas no muestran prácticamente actividad, lo que podría significar que han entrado en una calma comparable al mínimo de Maunder del Sol. Las medidas en la variación de la actividad estelar pueden ser útiles para determinar los índices de rotación diferencial de una estrella.[9]
Estrellas magnéticas [editar]
Campo magnético superficial de SU Aur (una estrella joven de tipo T Tauri).
Campo magnético superficial de SU Aur (una estrella joven de tipo T Tauri).
Una estrella T Tauri es un tipo de estrella pre-secuencia principal que se está calentando a través de la contracción gravitatoria y que todavía no ha empezado a quemar hidrógeno en su núcleo. Son estrellas variables que son magnéticamente activas. Se cree que el campo magnético de estas estrellas interactúa con su potente viento estelar, transfiriendo momento angular al disco protoplanetario que lo rodea. Esto permite a la estrella frenar su índice de rotación mientras colapsa.[10]
Las pequeñas estrellas de clase M (con 0.1–0.6 masas solares) que muestran una variabilidad rápida e irregular se conocen como estrellas fulgurantes. Se piensa que estas fluctuaciones están causadas por erupciones, aunque la actividad es mucho más fuerte en relación al tamaño de la estrella. Las erupciones en esta clase de estrellas pueden extenderse hasta el 20% de la circunferencia, e irradiar la mayor parte de su energía en el espectro azul y ultravioleta.[11]
Las nebulosas planetarias se forman cuando una estrella gigante roja eyecta su cobertura exterior, formando una capa de gas en expansión. No obstante, todavía no está claro por qué estas capas no son siempre simétricament esféricas. El 80% de las nebulosas planetarias no tienen forma esférica, tienen formas bipolares o elípticas. Una hipótesis para la formación de formas no esféricas es el efecto del campo magnético de la estrella. En vez de expandirse uniformemente en todas direcciones, el plasma eyectado tiende a salir por los polos magnéticos. Las observaciones de las estrellas centrales de al menos cuatro nebulosas planetarias han confirmado que poseen potentes campos magnéticos.[12]
Después de que algunas estrellas masivas hayan cesado su fusión termonuclear, una porción de su masa se colapsa en un cuerpo compacto de neutrones llamado estrella de neutrones. Estos cuerpos retienen una parte significativa del campo magnético de la estrella original, pero el colapso de tamaño causa el reforzamiento de este campo. La rotación rápida de estas estrellas de neutrones colapsadas dará como resultado un púlsar, que emite una estrecha banda de energía que puede apuntar hacia el observador periódicamente.
Una forma extrema de una estrella de neutrones magnetizada es un magnetar, que se forman como resultado del colapso de un núcleo de supernova.[13] La existencia de estas estrellas fue confirmada en 1998 con los medición de la estrella SGR 1806-20. El campo magnético de esta estrella ha incrementado la temperatura superficial hasta los 18 millones de K y libera enormes cantidades de energía en forma de explosión de rayos gamma.[14]
Referencias [editar]
1. ↑ X-rays from Stellar Coronas (6 de julio de 2005).
2. ↑ Wade, Gregg A. (8-13 de julio de 2004). "Stellar Magnetic Fields: The view from the ground and from space". Cambridge University Press The A-star Puzzle: Proceedings IAU Symposium No. 224: 235-243.
3. ↑ Basri, Gibor (2006). "Big Fields on Small Stars". Science 311 (5761): 618-619. Consultado el 04-02-2007.
4. ↑ Staff. “NARVAL: First Observatory Dedicated To Stellar Magnetism”, Science Daily, February 22, 2007. Consultado el 21-06-2007.
5. ↑ Piddington, J. H. (1983). "On the origin and structure of stellar magnetic fields". Astrophysics and Space Science 90 (1): 217-230. Consultado el 21-06-2007.
6. ↑ Sherwood, Jonathan. “Dark Edge of Sunspots Reveal Magnetic Melee”, Universidad de Rochester, 3 de diciembre de 2002. Consultado el 21-06-2007.
7. ↑ Hudson, H. S.; Kosugi, T. (1999). "How the Sun's Corona Gets Hot". Science 285 (5429): 849. Consultado el 21-06-2007.
8. ↑ Hathaway, David H. (18 de enero de 2007). Solar Flares. NASA. Consultado el 21-06-2007.
9. ↑ Berdyugina, Svetlana V. (2005). Starspots: A Key to the Stellar Dynamo. Living Reviews. Consultado el 21-06-2007.
10. ↑ Küker, M.; Henning, T.; Rüdiger, G. (2003). "Magnetic Star-Disk Coupling in Classical T Tauri Systems". The Astrophysical Journal 589: 397-409. Consultado el 21-06-2007.
11. ↑ Templeton, Matthew (otoño de 2003). Variable Star Of The Season: UV Ceti. AAVSO. Consultado el 21-06-2007.
12. ↑ Jordan, S.; Werner, K.; O'Toole, S.. “First Detection Of Magnetic Fields In Central Stars Of Four Planetary Nebulae”, Space Daily, 6 de enero de 2005. Consultado el 21-06-2007.
13. ↑ Duncan, Robert C. (2003). 'Magnetars', Soft Gamma Repeaters, and Very Strong Magnetic Fields. University of Texas at Austin. Consultado el 21-06-2007.
14. ↑ Isbell, D.; Tyson, T.. “Strongest Stellar Magnetic Field yet Observed Confirms Existence of Magnetars”, NASA/Goddard Space Flight Center, M20 de mayo de 1998. Consultado el 24-05-2006.
Enlaces externos [editar]
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Campo magnético terrestre
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Líneas del campo magnético terrestre. Salen del polo norte magnético hacia el polo sur
Líneas del campo magnético terrestre. Salen del polo norte magnético hacia el polo sur
El campo magnético terrestre se extiende desde el núcleo hasta atenuarse progresivamente en el espacio exterior (sin límite), con unos efectos electromagnéticos más conocidos en la magnetosfera que nos protege del viento solar, pero que además permite fenómenos muy diversos como la orientación de las rocas en las dorsales oceánicas, la magnetorrecepción de algunos animales y la orientación de las personas mediante brújulas.
Una brújula apunta en la dirección Sur-Norte por tratarse de una aguja imantada inmersa en el campo magnético terrestre: desde este punto de vista, la Tierra se comporta como un imán gigantesco y tiene polos magnéticos, los cuales, en la actualidad, no coinciden con los polos geográficos.
El Polo Norte Magnético se encuentra a 1800 kilómetros del Polo Norte Geográfico. En consecuencia, una brújula no apunta exactamente hacia el Norte geográfico; la diferencia, medida en grados, se denomina declinación magnética. La declinación magnética depende del lugar de observación, por ejemplo actualmente en Madrid (España) es aproximadamente 3º oeste. El polo Norte magnético está desplazándose por la zona norte canadiense en dirección hacia el norte de Alaska.
Contenido
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* 1 Origen del campo magnético terrestre
* 2 Variaciones del campo magnético terrestre
* 3 Magnetismo planetario
* 4 Véase también
* 5 Enlaces externos
Origen del campo magnético terrestre [editar]
El origen del campo magnético terrestre permanece aún sin una explicación definitiva, si bien la teoría comúnmente aceptada es la generación del campo magnético por el Efecto Dinámico. Esta teoría muestra como un fluido conductor en movimiento (como es el magma terrestre) puede generar y mantener un campo magnético como el de la Tierra. Por ser de clase variable el campo magnético tiende a ser de género adyacente esto quiere decir que por no pertenecer a un ángulo trascendente obtuso la variación del campo no está perfectamente determinada por un patrón común. Otra teoría que explica la causa del magnetismo terrestre es que la tierra contiene una gran cantidad de depósitos de mineral de hierro,los cuales en tiempos remotos se magnetizaron en forma gradual y prácticamente con la misma orientación, por ello actúan como un enorme imán.
Variaciones del campo magnético terrestre [editar]
El campo magnético de la Tierra varía en el curso de las eras geológicas, es lo que se denomina variación secular. Según se ha comprobado por análisis de los estratos al considerar que los átomos de hierro contenidos tienden a alinearse con el campo magnético terrestre. La dirección del campo magnético queda registrada en la orientación de los dominios magnéticos de las rocas y el ligero magnetismo resultante se puede medir.
Midiendo el magnetismo de rocas situadas en estratos formados en periodos geológicos distintos se elaboraron mapas del campo magnético terrestre en diversas eras. Estos mapas muestran que ha habido épocas en que el campo magnético terrestre se ha reducido a cero para luego invertirse.
Durante los últimos cinco millones de años se han efectuado más de veinte inversiones, la más reciente hace 700.000 años. Otras inversiones ocurrieron hace 870.000 y 950.000 años. El estudio de los sedimentos del fondo del océano indica que el campo estuvo prácticamente inactivo durante 10 o 20 mil años, hace poco más de un millón de años. Esta es la época en la que surgieron los seres humanos.
No se puede predecir cuándo ocurrirá la siguiente inversión porque la secuencia no es regular. Ciertas mediciones recientes muestran una reducción del 5% en la intensidad del campo magnético en los últimos 100 años. Si se mantiene este ritmo el campo volverá a invertirse dentro de unos 2.000.000.000 años.
Magnetismo planetario [editar]
El magnetismo es un fenómeno extendido a todos los átomos con desequilibrio magnético. La agrupación de dichos átomos produce los fenómenos magnéticos perceptibles, y los cuerpos estelares, los planetas entre ellos, son propicios a tener las condiciones para que se desarrolle un campo magnético de una cierta intensidad. En el interior de los planetas, la acumulación de materiales ferromagnéticos (como hierro) y su movimiento diferencial relativo respecto a otras capas del cuerpo inducen un campo magnético de intensidad dependiente de las condiciones de formación del planeta. En el mismo siempre se distinguen los dos polos, equivalentes a los de un imán normal. En el caso de la Tierra, la zona en la que se mueve está influenciada por el campo magnético solar, pero el propio campo magnético terrestre crea como una burbuja, la magnetosfera terrestre, dentro del anterior. Dicha burbuja tiene una capa límite entre su influencia y la solar (magnetopausa) que es aproximadamente esférica hacia el Sol, y alargada hacia el sistema solar externo, acercándose a la superficie terrestre en los polos magnéticos terrestres. La interacción en constante evolución entre ambos campos magnéticos y las partículas cargadas provenientes del Sol produce fenómenos como las auroras (boreales o australes) y la interferencia en las comunicaciones por ondas electromagnéticas, así como alteraciones en los satélites artificiales en órbita,tambien se le llama diapositivas en forma de disaquette.
Véase también [editar]
* Reversión Geomagnética
* Magnetorrecepción
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Líneas del campo magnético terrestre. Salen del polo norte magnético hacia el polo sur
Líneas del campo magnético terrestre. Salen del polo norte magnético hacia el polo sur
El campo magnético terrestre se extiende desde el núcleo hasta atenuarse progresivamente en el espacio exterior (sin límite), con unos efectos electromagnéticos más conocidos en la magnetosfera que nos protege del viento solar, pero que además permite fenómenos muy diversos como la orientación de las rocas en las dorsales oceánicas, la magnetorrecepción de algunos animales y la orientación de las personas mediante brújulas.
Una brújula apunta en la dirección Sur-Norte por tratarse de una aguja imantada inmersa en el campo magnético terrestre: desde este punto de vista, la Tierra se comporta como un imán gigantesco y tiene polos magnéticos, los cuales, en la actualidad, no coinciden con los polos geográficos.
El Polo Norte Magnético se encuentra a 1800 kilómetros del Polo Norte Geográfico. En consecuencia, una brújula no apunta exactamente hacia el Norte geográfico; la diferencia, medida en grados, se denomina declinación magnética. La declinación magnética depende del lugar de observación, por ejemplo actualmente en Madrid (España) es aproximadamente 3º oeste. El polo Norte magnético está desplazándose por la zona norte canadiense en dirección hacia el norte de Alaska.
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* 1 Origen del campo magnético terrestre
* 2 Variaciones del campo magnético terrestre
* 3 Magnetismo planetario
* 4 Véase también
* 5 Enlaces externos
Origen del campo magnético terrestre [editar]
El origen del campo magnético terrestre permanece aún sin una explicación definitiva, si bien la teoría comúnmente aceptada es la generación del campo magnético por el Efecto Dinámico. Esta teoría muestra como un fluido conductor en movimiento (como es el magma terrestre) puede generar y mantener un campo magnético como el de la Tierra. Por ser de clase variable el campo magnético tiende a ser de género adyacente esto quiere decir que por no pertenecer a un ángulo trascendente obtuso la variación del campo no está perfectamente determinada por un patrón común. Otra teoría que explica la causa del magnetismo terrestre es que la tierra contiene una gran cantidad de depósitos de mineral de hierro,los cuales en tiempos remotos se magnetizaron en forma gradual y prácticamente con la misma orientación, por ello actúan como un enorme imán.
Variaciones del campo magnético terrestre [editar]
El campo magnético de la Tierra varía en el curso de las eras geológicas, es lo que se denomina variación secular. Según se ha comprobado por análisis de los estratos al considerar que los átomos de hierro contenidos tienden a alinearse con el campo magnético terrestre. La dirección del campo magnético queda registrada en la orientación de los dominios magnéticos de las rocas y el ligero magnetismo resultante se puede medir.
Midiendo el magnetismo de rocas situadas en estratos formados en periodos geológicos distintos se elaboraron mapas del campo magnético terrestre en diversas eras. Estos mapas muestran que ha habido épocas en que el campo magnético terrestre se ha reducido a cero para luego invertirse.
Durante los últimos cinco millones de años se han efectuado más de veinte inversiones, la más reciente hace 700.000 años. Otras inversiones ocurrieron hace 870.000 y 950.000 años. El estudio de los sedimentos del fondo del océano indica que el campo estuvo prácticamente inactivo durante 10 o 20 mil años, hace poco más de un millón de años. Esta es la época en la que surgieron los seres humanos.
No se puede predecir cuándo ocurrirá la siguiente inversión porque la secuencia no es regular. Ciertas mediciones recientes muestran una reducción del 5% en la intensidad del campo magnético en los últimos 100 años. Si se mantiene este ritmo el campo volverá a invertirse dentro de unos 2.000.000.000 años.
Magnetismo planetario [editar]
El magnetismo es un fenómeno extendido a todos los átomos con desequilibrio magnético. La agrupación de dichos átomos produce los fenómenos magnéticos perceptibles, y los cuerpos estelares, los planetas entre ellos, son propicios a tener las condiciones para que se desarrolle un campo magnético de una cierta intensidad. En el interior de los planetas, la acumulación de materiales ferromagnéticos (como hierro) y su movimiento diferencial relativo respecto a otras capas del cuerpo inducen un campo magnético de intensidad dependiente de las condiciones de formación del planeta. En el mismo siempre se distinguen los dos polos, equivalentes a los de un imán normal. En el caso de la Tierra, la zona en la que se mueve está influenciada por el campo magnético solar, pero el propio campo magnético terrestre crea como una burbuja, la magnetosfera terrestre, dentro del anterior. Dicha burbuja tiene una capa límite entre su influencia y la solar (magnetopausa) que es aproximadamente esférica hacia el Sol, y alargada hacia el sistema solar externo, acercándose a la superficie terrestre en los polos magnéticos terrestres. La interacción en constante evolución entre ambos campos magnéticos y las partículas cargadas provenientes del Sol produce fenómenos como las auroras (boreales o australes) y la interferencia en las comunicaciones por ondas electromagnéticas, así como alteraciones en los satélites artificiales en órbita,tambien se le llama diapositivas en forma de disaquette.
Véase también [editar]
* Reversión Geomagnética
* Magnetorrecepción
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Campo magnético
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Líneas mostrando el campo magnético de un imán de barra, producidas por limaduras de hierro sobre papel.
Líneas mostrando el campo magnético de un imán de barra, producidas por limaduras de hierro sobre papel.
El campo magnético es una región del espacio en la cual una carga eléctrica puntual de valor q que se desplaza a una velocidad \mathbf{v}, sufre los efectos de una fuerza que es perpendicular y proporcional tanto a la velocidad como al campo, llamada inducción magnética o densidad de flujo magnético. Así, dicha carga percibirá una fuerza descrita con la siguiente igualdad.
\mathbf{F} = q\mathbf{v} \times \mathbf{B}
(Nótese que tanto F como v y B son magnitudes vectoriales y el producto cruz es un producto vectorial que tiene como resultante un vector perpendicular tanto a v como a B). El módulo de la fuerza resultante será |\mathbf{F}| = q|\mathbf{v}||\mathbf{B}|\cdot \mathop{\mathrm{sen}} \theta
La existencia de un campo magnético se pone de relieve por la propiedad localizada en el espacio de orientar un magnetómetro (laminilla de acero imantado que puede girar libremente). La aguja de una brújula, que pone de relieve la existencia del campo magnético terrestre, puede ser considerada un magnetómetro.
Contenido
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* 1 Historia
* 2 Nombre
o 2.1 Uso
* 3 Fuentes del campo magnético
o 3.1 Campo magnético producido por una carga puntual
o 3.2 Propiedades del campo magnético
o 3.3 Inexistencia de cargas magnéticas aisladas
* 4 Determinación del campo de inducción magnética B
* 5 Unidades
* 6 Referencias
* 7 Véase también
* 8 Enlaces externos
Historia [editar]
Si bien algunos marcos magnéticos han sido conocidos desde la antigüedad, como por ejemplo el poder de atracción que sobre el hierro ejerce la magnetita, no fue sino hasta el siglo XIX cuando la relación entre la electricidad y el magnetismo quedó plasmada, pasando ambos campos de ser diferenciados a formar el cuerpo de lo que se conoce como electromagnetismo.
Antes de 1820, el único magnetismo conocido era el del hierro. Esto cambió con un profesor de ciencias poco conocido de la Universidad de Copenhague, Dinamarca, Hans Christian Oersted. En 1820 Oersted preparó en su casa una demostración científica a sus amigos y estudiantes. Planeó demostrar el calentamiento de un hilo por una corriente eléctrica y también llevar a cabo demostraciones sobre el magnetismo, para lo cual dispuso de una aguja de brújula montada sobre una peana de madera.
Mientras llevaba a cabo su demostración eléctrica, Oersted notó para su sorpresa que cada vez que se conectaba la corriente eléctrica, se movía la aguja de la brújula. Se calló y finalizó las demostraciones, pero en los meses siguientes trabajó duro intentando explicarse el nuevo fenómeno.¡Pero no pudo! La aguja no era ni atraída ni repelida por ella. En vez de eso tendía a quedarse en ángulo recto. Hoy sabemos que esto es una prueba fehaciente de la relación intrínseca entre el campo magnético y el campo eléctrico plasmada en las ecuaciones de Maxwell.
Como ejemplo para ver la naturaleza un poco distinta del campo magnético basta considerar el intento de separar el polo de un imán. Aunque rompamos un imán por la mitad éste "reproduce" sus dos polos. Si ahora volvemos a partir otra vez en dos, nuevamente tendremos cada trozo con dos polos norte y sur diferenciados. En magnetismo no existen los monopolos magnéticos.
Nombre [editar]
El nombre de campo magnético o intensidad del campo magnético se aplica a dos magnitudes:
* La excitación magnética o campo H es la primera de ellas, desde el punto de vista histórico, y se representa con H.
* La inducción magnética o campo B, que en la actualidad se considera el auténtico campo magnético, y se presenta con B.
Desde un punto de vista físico, ambos son equivalentes en el vacío, salvo en una constante de proporcionalidad que depende del sistema de unidades: 1 en el sistema de Gauss, \mu_0=4 \pi \cdot 10^{-7}{\mbox{N}}{\mbox{A}^{-2}} en el SI. Solo se diferencian en medio materiales con el fenómeno de la magnetización.
Uso [editar]
El campo H se ha considerado tradicionalmente el campo principal, ya que se puede relacionar con unas cargas, masas o polos magnéticos por medio de una ley similar a la de Coulomb para la electricidad. Maxwell, por ejemplo, utilizó este enfoque, aunque aclarando que esas cargas eras ficticias. Con ello, no solo se parte de leyes similares en los campos eléctricos y magnéticos (incluyendo la posibilidad de definir un potencial escalar magnético), sino que en medios materiales, con la equiparación matemáticas de H con E y de B con D se pueden establecer paralelismos útiles en las condiciones de contorno y las relaciones termodinámicas (en el sistema electromagnético de Gauss):
\begin{array}{lll} \mathbf{B} = \mu \mathbf{H} & \qquad & \mathbf{H} = \mathbf{B} - 4\pi\mathbf{M}\\ \mathbf{D} = \epsilon\mathbf{E} & & \mathbf{E} = \mathbf{D} - 4\pi\mathbf{P} \end{array}
En electrotecnia no es raro que se conserve este punto de vista porque resulta práctico.
Con la llegada de las teorías del electrón de Lorentz y Poincaré, y de la relatividad de Einstein, quedó claro que estos paralelismos no se corresponden con la realidad física de los fenómenos, por lo que hoy es frecuente, sobre todo en física, que el nombre de campo magnético se aplique a B (por ejemplo, en los textos de Alonso-Finn y de Feynman)[1] . En la formulación relativista del electromagnetismo, E no se agrupa con H para el tensor de intensidades, sino con B.
En 1944, F. Rasetti preparó un experimento para dilucidar cuál de los dos campos era el fundamental, es decir, aquel que actúa sobre una carga en movimiento, y resulado fue que el campo magnético real era B y no H.[2]
Para caracterizar H y B se ha recurrido a varias distinciones. Así, H describe cuan intenso es el campo magnético en la región que afecta, mientras que B es la cantidad de flujo magnético por unidad de área que aparece en esa misma región. Otra distinción que se hace en ocasiones es que H se refiere al campo en función de sus fuentes (las corrientes eléctricas) y B al campo en función de sus efectos (fuerzas sobre las cargas).
Fuentes del campo magnético [editar]
Un campo magnético tiene dos fuentes que lo originan. Una de ellas es una corriente eléctrica de convección, que da lugar a un campo magnético estático. Por otro lado una corriente de desplazamiento origina un campo magnético variante en el tiempo, incluso aunque aquella sea estacionaria.
La relación entre el campo magnético y una corriente eléctrica está dada por la ley de Ampère. El caso más general, que incluye a la corriente de desplazamiento, lo da la ley de Ampère-Maxwell.
Campo magnético producido por una carga puntual [editar]
El campo magnético generado por una única carga en movimiento (no por una corriente eléctrica) se calcula a partir de la siguiente expresión:
\mathbf{B}=\frac{\mu_0}{4\pi}\frac{(q\mathbf{v})\times \hat\mathbf{u}_r}{r^2}
Donde \mu_0=4 \pi \cdot 10^{-7}\frac{\mbox{N}}{\mbox{A}^2}. Esta última expresión define un campo vectorial solenoidal, para distribuciones de cargas en movimiento la expresión es diferente, pero puede probarse que el campo magnético sigue siendo un campo solenoidal.
Propiedades del campo magnético [editar]
* La inexistencia de cargas magnéticas lleva a que el campo magnético es un campo solenoidal lo que lleva a que localmente puede ser derivado de un potencial vector \mathbf{A}, es decir:
\mathbf{B} = \nabla \times \mathbf{A}
A su vez este potencial vector puede ser relacionado con el vector densidad de corriente mediante la relación:
\Delta \mathbf{A} = \mu \mathbf{j}
Inexistencia de cargas magnéticas aisladas [editar]
Cabe destacar que, a diferencia del campo eléctrico, en el campo magnético no existen monopolos magnéticos, sólo dipolos magnéticos, lo que significa que las líneas de campo magnético son cerradas, esto es, el número neto de líneas de campo que entran en una superficie es igual al número de líneas de campo que salen de la misma superficie. Un claro ejemplo de esta propiedad viene representado por las líneas de campo de un imán, donde se puede ver que el mismo número de líneas de campo que salen del polo norte vuelve a entrar por el polo sur, desde donde vuelven por el interior del imán hasta el norte.
Como se puede ver en el dibujo, independientemente de que la carga en movimiento sea positiva o negativa, en el punto A nunca aparece campo magnético; sin embargo, en los puntos B y C el campo magnético invierte su sentido dependiendo de si la carga es positiva o negativa. El sentido del campo magnético viene dado por la regla de la mano derecha, siendo las pautas a seguir las siguientes:
* En primer lugar se imagina un vector qv, en la misma dirección de la trayectoria de la carga en movimiento. El sentido de este vector depende del signo de la carga, esto es, si la carga es positiva y se mueve hacia la derecha, el vector +qv estará orientado hacia la derecha. No obstante, si la carga es negativa y se mueve hacia la derecha, el vector es -qv va hacia la izquierda.
* A continuación, vamos señalando con los cuatro dedos de la mano derecha (índice, medio, anular y meñique), desde el primer vector qv hasta el segundo vector Ur, por el camino más corto o, lo que es lo mismo, el camino que forme el ángulo menor entre los dos vectores. El pulgar extendido indicará en ese punto el sentido del campo magnético.
Determinación del campo de inducción magnética B [editar]
El campo magnético para cargas que se mueven a velocidades pequeñas comparadas con velocidad de la luz, puede representarse por un campo vectorial. Sea una carga eléctrica de prueba q0 en un punto P de una región del espacio moviéndose a una cierta velocidad arbitraria v respecto a un cierto observador que no detecte campo eléctrico. Si el obsevador detecta una deflexión de la trayectoria de la partícula entonces en esa región existe un campo magnético. El valor o intensidad de dicho campo magnético puede medirse mediante el llamado vector de inducción magnética B, a veces llamado simplemente "campo magnético", que estará relacionado con la fuerza F y la velocidad v medida por dicho observador en el punto P: Si se varía la dirección de v por P, sin cambiar su magnitud, se encuentra, en general, que la magnitud de F varía, si bien se conserva perpendicular a v . A partir de la observación de una pequeña carga eléctrica de prueba puede determinarse la dirección y módulo de dicho vector del siguiente modo:
* La dirección del "campo magnético" se define operacionalmente del siguiente modo. Para una cierta dirección y sentido de v, la fuerza F se anula. Se define esta dirección como la de B.
* Una vez encontrada esta dirección el módulo del "campo magnético" puede encontrarse fácilmente ya que es posible orientar a v de tal manera que la carga de prueba se desplace perpendicularmente a B. Se encuentra, entonces, que la F es máxima y se define la magnitud de B determinando el valor de esa fuerza máxima:
B=\frac{F_\perp}{q_0v}
En consecuencia: Si una carga de prueba positiva q0 se dispara con una velocidad v por un punto P y si obra una fuerza lateral F sobre la carga que se mueve, hay una inducción magnética B en el punto P siendo B el vector que satisface la relación:
\mathbf{F} = q_0 \mathbf{v} \times \mathbf{B}
La magnitud de F, de acuerdo a las reglas del producto vectorial, está dada por la expresión:
\,\!F=q_0vB\sin \theta
Expresión en la que \theta\; es el ángulo entre v y B.
La figura muestra las relaciones entre los vectores.
Imagen:Campo magnetico.png
Se observa que: (a) la fuerza magnética se anula cuando \,\!v \to 0, (b) la fuerza magnética se anula si v es paralela o antiparalela a la dirección de B (en estos casos \,\!\theta = 0^ \circ o bien \,\!\theta = 180^ \circ y \vec v \times \vec B = 0) y (c) si v es perpendicular a B (\,\!\theta = 90^ \circ) la fuerza desviadora tiene su máximo valor dado por \,\!F_\perp =q_0vB
El hecho de que la fuerza magnética sea siempre perpendicular a la dirección del movimiento implica que el trabajo realizado por la misma sobre la carga, es cero. En efecto, para un elemento de longitud \,\!dl de la trayectoria de la partícula, el trabajo \,\!dW es \,\! \vec F_B . dl que vale cero por ser \,\!F y \,\!dl perpendiculares. Así pues, un campo magnético estático no puede cambiar la energía cinética de una carga en movimiento.
Si una partícula cargada se mueve a través de una región en la que coexisten un campo eléctrico y uno magnético la fuerza resultante está dada por:
\,\! \vec F=q_0 \vec E + q_0 \vec v \times \vec B
Esta fórmula es conocida como Relación de Lorentz
Unidades [editar]
Artículos principales: Tesla (unidad), Gauss (unidad electromagnética), and Oersted (unidad)
La unidad de B en el SI es el tesla, que equivale a wéber por metro cuadrado (Wb/m²) o a voltio segundo por metro cuadrado (V s/m²). Su unidad en sistema de Gauss es el gauss (G).
La unidad de H en el SI es el amperio por metro (A/m) (a veces llamado ampervuelta por metro). Su unidad en el sistema de Gauss es el oérsted (Oe), que es dimensionalmente igual al Gauss.
Referencias [editar]
1. ↑ El manual estándar sobre electrodinámica de Jackson sigue ese uso. Edward Purcell, in Electricity and Magnetism, McGraw-Hill, 1963, writes, Even some modern writers who treat B as the primary field feel obliged to call it the magnetic induction because the name magnetic field was historically preempted by H. This seems clumsy and pedantic. If you go into the laboratory and ask a physicist what causes the pion trajectories in his bubble chamber to curve, he'll probably answer "magnetic field," not "magnetic induction." You will seldom hear a geophysicist refer to the earth's magnetic induction, or an astrophysicist talk about the magnetic induction of the galaxy. We propose to keep on calling B the magnetic field. As for H, although other names have been invented for it, we shall call it "the field H" or even "the magnetic field H".
2. ↑ W. K. H. Panofski y M. Philips, Classical electricity and magnetism, New York, Dover, 2005, p. 143.
Véase también [editar]
* Imán (física)
* Magnetoquímica
* Campo eléctrico
* Campo gravitatorio
* Campo magnético terrestre
* Campo magnético estelar
* Campos dependientes del tiempo
Enlaces externos [editar]
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Líneas mostrando el campo magnético de un imán de barra, producidas por limaduras de hierro sobre papel.
Líneas mostrando el campo magnético de un imán de barra, producidas por limaduras de hierro sobre papel.
El campo magnético es una región del espacio en la cual una carga eléctrica puntual de valor q que se desplaza a una velocidad \mathbf{v}, sufre los efectos de una fuerza que es perpendicular y proporcional tanto a la velocidad como al campo, llamada inducción magnética o densidad de flujo magnético. Así, dicha carga percibirá una fuerza descrita con la siguiente igualdad.
\mathbf{F} = q\mathbf{v} \times \mathbf{B}
(Nótese que tanto F como v y B son magnitudes vectoriales y el producto cruz es un producto vectorial que tiene como resultante un vector perpendicular tanto a v como a B). El módulo de la fuerza resultante será |\mathbf{F}| = q|\mathbf{v}||\mathbf{B}|\cdot \mathop{\mathrm{sen}} \theta
La existencia de un campo magnético se pone de relieve por la propiedad localizada en el espacio de orientar un magnetómetro (laminilla de acero imantado que puede girar libremente). La aguja de una brújula, que pone de relieve la existencia del campo magnético terrestre, puede ser considerada un magnetómetro.
Contenido
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* 1 Historia
* 2 Nombre
o 2.1 Uso
* 3 Fuentes del campo magnético
o 3.1 Campo magnético producido por una carga puntual
o 3.2 Propiedades del campo magnético
o 3.3 Inexistencia de cargas magnéticas aisladas
* 4 Determinación del campo de inducción magnética B
* 5 Unidades
* 6 Referencias
* 7 Véase también
* 8 Enlaces externos
Historia [editar]
Si bien algunos marcos magnéticos han sido conocidos desde la antigüedad, como por ejemplo el poder de atracción que sobre el hierro ejerce la magnetita, no fue sino hasta el siglo XIX cuando la relación entre la electricidad y el magnetismo quedó plasmada, pasando ambos campos de ser diferenciados a formar el cuerpo de lo que se conoce como electromagnetismo.
Antes de 1820, el único magnetismo conocido era el del hierro. Esto cambió con un profesor de ciencias poco conocido de la Universidad de Copenhague, Dinamarca, Hans Christian Oersted. En 1820 Oersted preparó en su casa una demostración científica a sus amigos y estudiantes. Planeó demostrar el calentamiento de un hilo por una corriente eléctrica y también llevar a cabo demostraciones sobre el magnetismo, para lo cual dispuso de una aguja de brújula montada sobre una peana de madera.
Mientras llevaba a cabo su demostración eléctrica, Oersted notó para su sorpresa que cada vez que se conectaba la corriente eléctrica, se movía la aguja de la brújula. Se calló y finalizó las demostraciones, pero en los meses siguientes trabajó duro intentando explicarse el nuevo fenómeno.¡Pero no pudo! La aguja no era ni atraída ni repelida por ella. En vez de eso tendía a quedarse en ángulo recto. Hoy sabemos que esto es una prueba fehaciente de la relación intrínseca entre el campo magnético y el campo eléctrico plasmada en las ecuaciones de Maxwell.
Como ejemplo para ver la naturaleza un poco distinta del campo magnético basta considerar el intento de separar el polo de un imán. Aunque rompamos un imán por la mitad éste "reproduce" sus dos polos. Si ahora volvemos a partir otra vez en dos, nuevamente tendremos cada trozo con dos polos norte y sur diferenciados. En magnetismo no existen los monopolos magnéticos.
Nombre [editar]
El nombre de campo magnético o intensidad del campo magnético se aplica a dos magnitudes:
* La excitación magnética o campo H es la primera de ellas, desde el punto de vista histórico, y se representa con H.
* La inducción magnética o campo B, que en la actualidad se considera el auténtico campo magnético, y se presenta con B.
Desde un punto de vista físico, ambos son equivalentes en el vacío, salvo en una constante de proporcionalidad que depende del sistema de unidades: 1 en el sistema de Gauss, \mu_0=4 \pi \cdot 10^{-7}{\mbox{N}}{\mbox{A}^{-2}} en el SI. Solo se diferencian en medio materiales con el fenómeno de la magnetización.
Uso [editar]
El campo H se ha considerado tradicionalmente el campo principal, ya que se puede relacionar con unas cargas, masas o polos magnéticos por medio de una ley similar a la de Coulomb para la electricidad. Maxwell, por ejemplo, utilizó este enfoque, aunque aclarando que esas cargas eras ficticias. Con ello, no solo se parte de leyes similares en los campos eléctricos y magnéticos (incluyendo la posibilidad de definir un potencial escalar magnético), sino que en medios materiales, con la equiparación matemáticas de H con E y de B con D se pueden establecer paralelismos útiles en las condiciones de contorno y las relaciones termodinámicas (en el sistema electromagnético de Gauss):
\begin{array}{lll} \mathbf{B} = \mu \mathbf{H} & \qquad & \mathbf{H} = \mathbf{B} - 4\pi\mathbf{M}\\ \mathbf{D} = \epsilon\mathbf{E} & & \mathbf{E} = \mathbf{D} - 4\pi\mathbf{P} \end{array}
En electrotecnia no es raro que se conserve este punto de vista porque resulta práctico.
Con la llegada de las teorías del electrón de Lorentz y Poincaré, y de la relatividad de Einstein, quedó claro que estos paralelismos no se corresponden con la realidad física de los fenómenos, por lo que hoy es frecuente, sobre todo en física, que el nombre de campo magnético se aplique a B (por ejemplo, en los textos de Alonso-Finn y de Feynman)[1] . En la formulación relativista del electromagnetismo, E no se agrupa con H para el tensor de intensidades, sino con B.
En 1944, F. Rasetti preparó un experimento para dilucidar cuál de los dos campos era el fundamental, es decir, aquel que actúa sobre una carga en movimiento, y resulado fue que el campo magnético real era B y no H.[2]
Para caracterizar H y B se ha recurrido a varias distinciones. Así, H describe cuan intenso es el campo magnético en la región que afecta, mientras que B es la cantidad de flujo magnético por unidad de área que aparece en esa misma región. Otra distinción que se hace en ocasiones es que H se refiere al campo en función de sus fuentes (las corrientes eléctricas) y B al campo en función de sus efectos (fuerzas sobre las cargas).
Fuentes del campo magnético [editar]
Un campo magnético tiene dos fuentes que lo originan. Una de ellas es una corriente eléctrica de convección, que da lugar a un campo magnético estático. Por otro lado una corriente de desplazamiento origina un campo magnético variante en el tiempo, incluso aunque aquella sea estacionaria.
La relación entre el campo magnético y una corriente eléctrica está dada por la ley de Ampère. El caso más general, que incluye a la corriente de desplazamiento, lo da la ley de Ampère-Maxwell.
Campo magnético producido por una carga puntual [editar]
El campo magnético generado por una única carga en movimiento (no por una corriente eléctrica) se calcula a partir de la siguiente expresión:
\mathbf{B}=\frac{\mu_0}{4\pi}\frac{(q\mathbf{v})\times \hat\mathbf{u}_r}{r^2}
Donde \mu_0=4 \pi \cdot 10^{-7}\frac{\mbox{N}}{\mbox{A}^2}. Esta última expresión define un campo vectorial solenoidal, para distribuciones de cargas en movimiento la expresión es diferente, pero puede probarse que el campo magnético sigue siendo un campo solenoidal.
Propiedades del campo magnético [editar]
* La inexistencia de cargas magnéticas lleva a que el campo magnético es un campo solenoidal lo que lleva a que localmente puede ser derivado de un potencial vector \mathbf{A}, es decir:
\mathbf{B} = \nabla \times \mathbf{A}
A su vez este potencial vector puede ser relacionado con el vector densidad de corriente mediante la relación:
\Delta \mathbf{A} = \mu \mathbf{j}
Inexistencia de cargas magnéticas aisladas [editar]
Cabe destacar que, a diferencia del campo eléctrico, en el campo magnético no existen monopolos magnéticos, sólo dipolos magnéticos, lo que significa que las líneas de campo magnético son cerradas, esto es, el número neto de líneas de campo que entran en una superficie es igual al número de líneas de campo que salen de la misma superficie. Un claro ejemplo de esta propiedad viene representado por las líneas de campo de un imán, donde se puede ver que el mismo número de líneas de campo que salen del polo norte vuelve a entrar por el polo sur, desde donde vuelven por el interior del imán hasta el norte.
Como se puede ver en el dibujo, independientemente de que la carga en movimiento sea positiva o negativa, en el punto A nunca aparece campo magnético; sin embargo, en los puntos B y C el campo magnético invierte su sentido dependiendo de si la carga es positiva o negativa. El sentido del campo magnético viene dado por la regla de la mano derecha, siendo las pautas a seguir las siguientes:
* En primer lugar se imagina un vector qv, en la misma dirección de la trayectoria de la carga en movimiento. El sentido de este vector depende del signo de la carga, esto es, si la carga es positiva y se mueve hacia la derecha, el vector +qv estará orientado hacia la derecha. No obstante, si la carga es negativa y se mueve hacia la derecha, el vector es -qv va hacia la izquierda.
* A continuación, vamos señalando con los cuatro dedos de la mano derecha (índice, medio, anular y meñique), desde el primer vector qv hasta el segundo vector Ur, por el camino más corto o, lo que es lo mismo, el camino que forme el ángulo menor entre los dos vectores. El pulgar extendido indicará en ese punto el sentido del campo magnético.
Determinación del campo de inducción magnética B [editar]
El campo magnético para cargas que se mueven a velocidades pequeñas comparadas con velocidad de la luz, puede representarse por un campo vectorial. Sea una carga eléctrica de prueba q0 en un punto P de una región del espacio moviéndose a una cierta velocidad arbitraria v respecto a un cierto observador que no detecte campo eléctrico. Si el obsevador detecta una deflexión de la trayectoria de la partícula entonces en esa región existe un campo magnético. El valor o intensidad de dicho campo magnético puede medirse mediante el llamado vector de inducción magnética B, a veces llamado simplemente "campo magnético", que estará relacionado con la fuerza F y la velocidad v medida por dicho observador en el punto P: Si se varía la dirección de v por P, sin cambiar su magnitud, se encuentra, en general, que la magnitud de F varía, si bien se conserva perpendicular a v . A partir de la observación de una pequeña carga eléctrica de prueba puede determinarse la dirección y módulo de dicho vector del siguiente modo:
* La dirección del "campo magnético" se define operacionalmente del siguiente modo. Para una cierta dirección y sentido de v, la fuerza F se anula. Se define esta dirección como la de B.
* Una vez encontrada esta dirección el módulo del "campo magnético" puede encontrarse fácilmente ya que es posible orientar a v de tal manera que la carga de prueba se desplace perpendicularmente a B. Se encuentra, entonces, que la F es máxima y se define la magnitud de B determinando el valor de esa fuerza máxima:
B=\frac{F_\perp}{q_0v}
En consecuencia: Si una carga de prueba positiva q0 se dispara con una velocidad v por un punto P y si obra una fuerza lateral F sobre la carga que se mueve, hay una inducción magnética B en el punto P siendo B el vector que satisface la relación:
\mathbf{F} = q_0 \mathbf{v} \times \mathbf{B}
La magnitud de F, de acuerdo a las reglas del producto vectorial, está dada por la expresión:
\,\!F=q_0vB\sin \theta
Expresión en la que \theta\; es el ángulo entre v y B.
La figura muestra las relaciones entre los vectores.
Imagen:Campo magnetico.png
Se observa que: (a) la fuerza magnética se anula cuando \,\!v \to 0, (b) la fuerza magnética se anula si v es paralela o antiparalela a la dirección de B (en estos casos \,\!\theta = 0^ \circ o bien \,\!\theta = 180^ \circ y \vec v \times \vec B = 0) y (c) si v es perpendicular a B (\,\!\theta = 90^ \circ) la fuerza desviadora tiene su máximo valor dado por \,\!F_\perp =q_0vB
El hecho de que la fuerza magnética sea siempre perpendicular a la dirección del movimiento implica que el trabajo realizado por la misma sobre la carga, es cero. En efecto, para un elemento de longitud \,\!dl de la trayectoria de la partícula, el trabajo \,\!dW es \,\! \vec F_B . dl que vale cero por ser \,\!F y \,\!dl perpendiculares. Así pues, un campo magnético estático no puede cambiar la energía cinética de una carga en movimiento.
Si una partícula cargada se mueve a través de una región en la que coexisten un campo eléctrico y uno magnético la fuerza resultante está dada por:
\,\! \vec F=q_0 \vec E + q_0 \vec v \times \vec B
Esta fórmula es conocida como Relación de Lorentz
Unidades [editar]
Artículos principales: Tesla (unidad), Gauss (unidad electromagnética), and Oersted (unidad)
La unidad de B en el SI es el tesla, que equivale a wéber por metro cuadrado (Wb/m²) o a voltio segundo por metro cuadrado (V s/m²). Su unidad en sistema de Gauss es el gauss (G).
La unidad de H en el SI es el amperio por metro (A/m) (a veces llamado ampervuelta por metro). Su unidad en el sistema de Gauss es el oérsted (Oe), que es dimensionalmente igual al Gauss.
Referencias [editar]
1. ↑ El manual estándar sobre electrodinámica de Jackson sigue ese uso. Edward Purcell, in Electricity and Magnetism, McGraw-Hill, 1963, writes, Even some modern writers who treat B as the primary field feel obliged to call it the magnetic induction because the name magnetic field was historically preempted by H. This seems clumsy and pedantic. If you go into the laboratory and ask a physicist what causes the pion trajectories in his bubble chamber to curve, he'll probably answer "magnetic field," not "magnetic induction." You will seldom hear a geophysicist refer to the earth's magnetic induction, or an astrophysicist talk about the magnetic induction of the galaxy. We propose to keep on calling B the magnetic field. As for H, although other names have been invented for it, we shall call it "the field H" or even "the magnetic field H".
2. ↑ W. K. H. Panofski y M. Philips, Classical electricity and magnetism, New York, Dover, 2005, p. 143.
Véase también [editar]
* Imán (física)
* Magnetoquímica
* Campo eléctrico
* Campo gravitatorio
* Campo magnético terrestre
* Campo magnético estelar
* Campos dependientes del tiempo
Enlaces externos [editar]
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Gravedad
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Para la aceleración o intensidad de la gravedad, véase Intensidad del campo gravitatorio.
Sir Isaac Newton formuló la teoría de la gravedad.
Sir Isaac Newton formuló la teoría de la gravedad.
La gravedad, denominada también fuerza gravitatoria, fuerza de gravedad, interacción gravitatoria o gravitación, es la fuerza teórica[1] de atracción que experimentan entre sí los objetos con masa.
Tiene relación con la fuerza que se conoce como peso. El peso, que es familiar a todos, es la fuerza de gravedad que ejerce la masa de la Tierra, respecto cualquier objeto que esté en su entorno, por ejemplo, la masa del cuerpo humano. Se aprovecha esta fuerza para medir la masa de los objetos con bastante precisión, por medio de básculas de pesas. La precisión alcanzada al pesar se debe a que la fuerza de gravedad que existe entre la tierra y los objetos de su superficie es similar en cualquier lugar que esté a la misma distancia del centro terrestre, aunque esta disminuirá proporcionalmente si se alejan, tanto de la pesa como del objeto a pesar.
En otros planetas o satélites, el peso de los objetos varía si la masa de los planetas o satélites es diferente (mayor o menor) a la masa de la Tierra.
Los efectos de la gravedad son siempre atractivos, y la fuerza resultante se calcula respecto del centro de gravedad de ambos objetos (en el caso de la Tierra, el centro de gravedad es su centro de masas, al igual que en la mayoría de los cuerpos celestes de características homogéneas).
La gravedad tiene un alcance teórico infinito, sin embargo, la fuerza es mayor si los objetos están cerca uno del otro, y mientras se van alejando dicha fuerza pierde intensidad. La pérdida de intensidad de esta fuerza es proporcional al cuadrado de la distancia que los separa. Por ejemplo, si se aleja un objeto de otro al doble de distancia, entonces la fuerza de gravedad será la cuarta parte.
Se trata de una de las cuatro fuerzas fundamentales observadas hasta el momento en la naturaleza y es la responsable de los movimientos a gran escala que se observan en el Universo: La órbita de la Luna alrededor de la Tierra, la órbita de los planetas alrededor del Sol, etcétera.
Contenido
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* 1 Introducción
* 2 Variaciones de la gravedad en lugares diferentes de la Tierra
* 3 Mecánica clásica: Ley de la Gravitación Universal de Newton
o 3.1 Intensidad del campo gravitatorio
o 3.2 Problema de los tres cuerpos
* 4 Mecánica relativista: Teoría general de la relatividad
o 4.1 Cálculo relativista de la fuerza aparente
o 4.2 Ondas gravitatorias
o 4.3 Efectos gravitacionales
* 5 Mecánica cuántica: Buscando una teoría unificada
* 6 La interacción gravitatoria como fuerza fundamental
* 7 Véase también
* 8 Referencias
* 9 Enlaces externos
Introducción [editar]
El término «gravedad» se utiliza también para designar la intensidad del fenómeno en la superficie de la Tierra, aunque son conceptos relacionados pero distintos y muchas veces confundidos. Todos los cuerpos experimentan una fuerza atractiva por el simple hecho de tener masa. En el ámbito cotidiano, esta fuerza equivale al peso; en este caso, la masa del objeto y la masa de la Tierra se atraen, y el objeto queda sometido a una fuerza dirigida hacia el centro de la Tierra. Según la Segunda Ley de Newton, la fuerza a la que está sometido el objeto es directamente proporcional al producto de su masa y su aceleración:
\vec{F} = m \cdot \vec{a}
A esta aceleración se le llama aceleración de la gravedad.
Isaac Newton fue la primera persona en darse cuenta que la fuerza que hace que los objetos caigan con aceleración constante en la Tierra (gravedad terrestre) y la fuerza que mantiene en movimiento los planetas y las estrellas es la misma, y a él se debe la primera teoría general de la gravitación, la universalidad del fenómeno, expuesta en su obra Philosophiae Naturalis Principia Mathematica.
La teoría de la relatividad general, sin embargo, hace un análisis diferente de la interacción gravitatoria. De acuerdo con esta teoría puede entenderse como un efecto geométrico de la materia sobre el espacio-tiempo. Cuando una cierta cantidad de materia ocupa una región del espacio-tiempo, ésta provoca que el espacio-tiempo se deforme. Visto así, la fuerza gravitatoria no es ya una misteriosa "fuerza que atrae" sino el efecto que produce la deformación del espacio-tiempo, de geometría no euclídea, sobre el movimiento de los cuerpos. Dado que todos los objetos (según esta teoría) se mueven en el espacio-tiempo a la velocidad de la luz, al deformarse este espacio, parte de esa velocidad será desviada produciéndose aceleración en una dirección, que es la fuerza de gravedad.
Variaciones de la gravedad en lugares diferentes de la Tierra [editar]
Variación de la gravedad en el Antártico.
Variación de la gravedad en el Antártico.
La fuerza de gravedad en la superficie de la Tierra no es exactamente igual en todos los sitios. Existen pequeñas variaciones de un lugar a otro. Principalmente son dos los factores causantes de esto:
* La Tierra es aproximadamente un elipsoide oblato por lo que su campo gravitatorio no es un campo exactamente central, y esto se refleja en un momento cuadripolar no nulo.
* Además localmente las irregularidades de la superficie y ciertas homogeneidades continentales provocan pequeñas perturbaciones del campo a lo largo de la superficie.
El primer factor mencionado provoca que el campo gravitatorio aumente con la latitud debido a dos efectos: el achatamiento de la Tierra en los polos hace que la distancia r se reduzca a medida que la latitud aumenta, y la rotación terrestre genera una aceleración centrífuga que es máxima en la Línea ecuatorial y nula en los polos. Es decir, que estando en el ecuador la fuerza de gravedad es menor que en otras latitudes, y a medida que nos vayamos desplazando al sur o al norte, la fuerza de gravedad se va incrementando. Cuando lleguemos a los polos, la gravedad será máxima (aunque con poca diferencia).
Los valores de |\vec{g}| (la fuerza efectiva de la gravedad) en el ecuador y en los polos son respectivamente:[2]
|\vec g_{ec}| = 9,78 \frac{m}{s^2} \qquad |\vec g_{po}| = 9,8322 \frac{m}{s^2}
Además el efecto del momento cuadrupolar hace que los satélites que orbitan alrededor de la tierra estén sometidos a un torque que hace los satélites artificiales que giran alrededor de la tierra no tengan órbitas cerradas o exactamente periódicas.
El segundo factor es el responsable de que existan pequeñas variaciones de un lugar sin que tenga que ver la latitud. A veces hay una pequeña variación e un lugar distante de otro a pocos kilómetros. Estas variaciones se deben a que cerca a la superficie pueden existir rocas de una densidad mayor a la normal (llamadas mascon) lo que produce que sea mayor la gravedad por encima de esos lugares. Esas irregularidades fueron causantes de sorpresivos cambios de dirección en satélites artificiales, motivo por el cual se empezó a estudiar el fenómeno. Es necesario aclarar que las variaciones mencionadas son tan pequeñas que no se las puede detectar más que con instrumental de precisión, y de ninguna forma podrán ser notadas con básculas comunes.
Esas pequeñas irregularidades sobre estos valores pueden utilizarse para estudiar la distribución de densidad en la corteza terrestre utilizando técnicas de gravimetría.
En cuanto a la fuerza de gravedad sobre objetos que estén más arriba o más abajo de la superficie: La gravedad es máxima en la superficie. Tiende a disminuir al alejarse del planeta, por aumentar la distancia r entre las masas implicadas. Sin embargo, también disminuye al adentrarse en el interior de la Tierra, ya que cada vez una porción mayor de planeta queda por "encima", y cada vez es menos la masa que queda por "debajo". En el centro de la Tierra, hay una enorme presión por el peso de las capas superiores de todo el planeta, pero la gravedad es nula. La gravedad en el centro de la Tierra es nula porque se equiparan todas las fuerzas de atracción.
Véase también: Campo gravitatorio
Mecánica clásica: Ley de la Gravitación Universal de Newton [editar]
Artículo principal: Ley de gravitación universal
La Ley de la Gravitación Universal de Newton establece que la fuerza que ejerce una partícula puntual con masa m1 sobre otra con masa m2 es directamente proporcional al producto de las masas, e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa:
\vec{F_{12}} = -G \frac {m_{1}m_{2}} {|\vec{r_1}-\vec{r_2}|^2}\hat{u_{12}}
donde \hat{u_{12}} es el vector unitario que va de la partícula 1 a la 2, y donde G \,\! es la constante de gravitación universal, siendo su valor aproximadamente 6,674 × 10–11 Nm2/kg2.
Por ejemplo, usando la ley de la Gravitación Universal, podemos calcular la fuerza de atracción entre la tierra y el cuerpo de una persona de 50kg. La masa de la tierra es de 5,974 × 1024 kg y la masa de la persona es 50Kg. La distancia entre el centro de gravedad de la tierra (centro de la tierra) y el centro de gravedad de la persona es de 6378,14 km (igual a 6378140 m, y suponiendo que la persona está sobre la línea del ecuador).
Entonces, la fuerza es:
F = G \frac {m_{1}\cdot m_{2}} {d^2}
Donde m1 es es la masa de la persona, m2 es la masa de la tierra y d es la distancia que separa los centros de gravedad de ambos.
F = G \frac {50kg \cdot 5,974 \times 10^{24}kg} {(6378140 m)^2}=\left ( 6.67428 \times 10^{-11}\frac{N\cdot m^2}{kg^2} \right ) \frac {2,987 \times 10^{26}kg^2} {6378140^2 m^2}
= 490,062N
La fuerza con que se atraen la tierra y el cuerpo de una persona de 50 kg es 490,062 Newtons. Esto es una forma correcta de decir (usando las unidades del SI), que una persona pesa 50 kg (dicho en términos corrientes).
Dentro de esta ley empírica, tenemos estas importantes conclusiones:
* Las fuerzas gravitatorias son siempre atractivas. El hecho de que los planetas describan una órbita cerrada alrededor del Sol indica este hecho. Una fuerza atractiva puede producir también órbitas abiertas pero una fuerza repulsiva nunca podrá producir órbitas cerradas.
* Tienen alcance infinito. Dos cuerpos, por muy alejados que se encuentren, experimentan esta fuerza.
* La fuerza asociada con la interacción gravitatoria es central.
A pesar de los siglos, hoy sigue utilizándose cotidianamente esta ley en el ámbito del movimiento de cuerpos incluso a la escala del Sistema Solar, aunque esté desfasada teóricamente. Para estudiar el fenómeno en su completitud hay que recurrir a la teoria de la Relatividad general.
Véase también: Masa inercial y Masa gravitacional
Intensidad del campo gravitatorio [editar]
Artículo principal: Intensidad del campo gravitatorio
Según las leyes de Newton, toda fuerza ejercida sobre un cuerpo le imprime una aceleración. En presencia de un campo gravitatorio, todo cuerpo se ve sometido a la fuerza gravitatoria, y la aceleración que imprime esta fuerza, o aceleración en cada punto del campo, se denomina intensidad del campo gravitatorio o aceleración de la gravedad. Para la superficie de la Tierra, la aceleración de la gravedad es de aproximadamente 9,81 m/s2. Este valor de g es considerado como el valor de referencia y, así, se habla de naves o vehículos que aceleran a varios g. En virtud del principio de equivalencia, un cuerpo bajo una aceleración dada sufre los mismos efectos que si estuviese sometido a un campo gravitatorio cuya aceleración gravitatoria fuese la misma.
Antes de Galileo Galilei se creía que un cuerpo pesado cae más deprisa que otro de menos peso. Según cuenta una leyenda, Galileo subió a la torre inclinada de Pisa y arrojó dos objetos de masa diferente para demostrar que el tiempo de caída libre era, virtualmente, el mismo para ambos. En realidad, se cree que hacía rodar cuerpos en planos inclinados y, de esta forma, al ser más lenta la caída, medía de manera más precisa la aceleración.
Problema de los tres cuerpos [editar]
Artículo principal: Problema de los tres cuerpos
Cuando se mueven tres cuerpos bajo la acción de su campo gravitatorio mutuo, como el sistema Sol-Tierra-Luna, la fuerza sobre cada cuerpo es justamente la suma vectorial de las fuerzas gravitatorias ejercidas por los otros dos. Así las ecuaciones de movimiento son fáciles de escribir pero difíciles de resolver ya que no son lineales. De hecho, es bien conocido que la dinámica del problema de los tres cuerpos de la mecánica clásica es una dinámica caótica.
Desde la época de Newton se ha intentado hallar soluciones matemáticamente exactas del problema de los tres cuerpos, hasta que en el siglo pasado se demostró que era imposible (sin embargo, se mostró también que por medio de series infinitas convergentes se podía solucionar el problema). Sólo en algunas circunstancias son posibles ciertas soluciones sencillas. Por ejemplo, si la masa de uno de los tres cuerpos es mucho menor que la de los otros dos (problema conocido como problema restringido de los tres cuerpos), el sistema puede ser reducido a un problema de dos cuerpos más otros problema de un sólo cuerpo.
Mecánica relativista: Teoría general de la relatividad [editar]
Artículos principales: Relatividad general y Aproximación para campos gravitatorios débiles
Albert Einstein revisó la teoría newtoniana en su teoría de la relatividad general, describiendo la interacción gravitatoria como una deformación de la geometría del espacio-tiempo por efecto de la masa de los cuerpos; el espacio y el tiempo asumen un papel dinámico.
Según Einstein, no existe el empuje gravitatorio; dicha fuerza es una ilusión, un efecto de la geometría. Así, la Tierra deforma el espacio-tiempo de nuestro entorno, de manera que el propio espacio nos empuja hacia el suelo. Una hormiga, al caminar sobre un papel arrugado, tendrá la sensación de que hay fuerzas misteriosas que la empujan hacia diferentes direcciones, pero lo único que existe son pliegues en el papel, su geometría.[3]
La deformación geométrica viene caracterizada por el tensor métrico que satisface las ecuaciones de campo de Einstein. La "fuerza de la gravedad" newtoniana es sólo un efecto asociado al hecho de que un observador en reposo respecto a la fuente del campo no es un observador inercial y por tanto al tratar de aplicar el equivalente relativista de las leyes de Newton mide fuerzas ficticias dadas por los símbolos de Christoffel de la métrica del espacio tiempo.
Véase también: Onda gravitacional
Cálculo relativista de la fuerza aparente [editar]
En presencia de una masa esférica, el espacio-tiempo no es plano sino curvo, y el tensor métrico g que sirve para calcular las distancias viene dado en coordenadas (t,r,θ,φ), llamada métrica de Schwarschild:
g = -c^2 \left(1-\frac{2GM}{c^2 r} \right) \mathrm{d}t\otimes\mathrm{d}t + \left(1-\frac{2GM}{c^2 r}\right)^{-1}\mathrm{d}r\otimes\mathrm{d}r + r^2 \left(\mathrm{d}\theta\otimes\mathrm{d}\theta + \sin^2\theta \ \mathrm{d}\varphi\otimes\mathrm{d}\varphi \right)
donde G es la constante de gravitación universal, M es la masa de la estrella, y c es la velocidad de la luz. La ecuación de las geodésicas dará la ecuación de las trayectorias en el espacio-tiempo curvo, si se considera una partícula en reposo respecto a la masa gravitatoria que crea el campo se tiene que, esta seguirá una trayectoria dada por las ecuaciones:
\begin{cases} \cfrac{d^2 r}{d\tau^2} = +\cfrac{GM}{(c^2r-2GM)r}\left(\cfrac{dr}{d\tau}\right)^2 -\left(r-\cfrac{2GM}{c^2}\right)\cfrac{GM}{r^3}\left(\cfrac{dt}{d\tau}\right)^2 \\ \\ \cfrac{d^2 t}{d\tau^2} = -2\cfrac{GM}{(c^2r-2GM)r}\left(\cfrac{dr}{d\tau}\right)\left(\cfrac{dt}{d\tau}\right) \end{cases}
La primera de estas ecuaciones da el cambio de la coordenada radial, y la segunda da la dilatación del tiempo respecto a un observador inercial, situado a una distancia muy grande respecto a la masa que crea el campo. Si se particularizan esas ecuaciones para el instante inicial en que la partícula está en reposo y empieza a moverse desde la posición inicial, se llega a que la fuerza aparente que mediría un observador en reposo viene dada por:
\cfrac{d^2 r}{d\tau^2} = -\left(r-\cfrac{2GM}{c^2}\right)\cfrac{GM}{r^3}\left(\cfrac{dt}{d\tau}\right)^2 = -\cfrac{GM}{r^2}\left[\left(1-\cfrac{2GM}{c^2r}\right)\left(\cfrac{dt}{d\tau}\right)^2\right]= -\cfrac{GM}{r^2}
Esta expresión coincide con la expresión de la teoría newtoniana si se tiene en cuenta que la dilatación del tiempo gravitatoria para un observador dentro de un campo gravitatorio y en reposo respecto a la fuente del campo viene dado por:
\left(\cfrac{dt}{d\tau}\right)^2 = \left[ 1-\cfrac{2GM}{c^2r} \right]^{-1}
Ondas gravitatorias [editar]
Además, la relatividad general predice la propagación de ondas gravitatorias. Estas ondas sólo podrían ser medibles si las originan fenómenos astrofísicos violentos, como el choque de dos estrellas masivas o remanentes del Big Bang. Estas ondas han sido detectadas[cita requerida] de forma indirecta en la variación del periodo de rotación de púlsares dobles. Por otro lado, las teorías cuánticas actuales apuntan a una "unidad de medida de la gravedad", el gravitón, como partícula que provoca dicha "fuerza", es decir, como partícula asociada al campo gravitatorio.
Efectos gravitacionales [editar]
Con la ayuda de esta nueva teoría, se pueden observar y estudiar una nueva serie de sucesos antes no explicables o no observados:
* Desviación gravitacional de luz hacia el rojo en presencia de campos con intensa gravedad: la frecuencia de la luz decrece al pasar por una región de elevada gravedad. Confirmado por el experimento de Pound y Rebka (1959).
* Dilatación gravitacional del tiempo: los relojes situados en condiciones de gravedad elevada marcan el tiempo más lentamente que relojes situados en un entorno sin gravedad. Demostrado experimentalmente con relojes atómicos situados sobre la superficie terrestre y los relojes en órbita del Sistema de Posicionamiento Global (GPS por sus siglas en inglés). También, aunque se trata de intervalos de tiempo muy pequeños, las diferentes pruebas realizadas con sondas planetarias han dado valores muy cercanos a los predichos por la relatividad general.
* Efecto Shapiro (dilatación gravitacional de desfases temporales): diferentes señales atravesando un campo gravitacional intenso necesitan mayor tiempo para hacerlo.
* Decaimiento orbital debido a la emisión de radiación gravitacional. Observado en púlsares binarios.
* Precesión geodésica: debido a la curvatura del espacio-tiempo, la orientación de un giroscopio en rotación cambiará con el tiempo. Esto está siendo puesto a prueba por el satélite Gravity Probe B.
Mecánica cuántica: Buscando una teoría unificada [editar]
Artículo principal: Gravedad cuántica
Todavía no disponemos de una auténtica descripción cuántica de la gravedad. Todos los intentos por construir una teoría física que satisfaga simultáneamente los principios cuánticos y a grandes escalas coincida con la teoría de Einstein de la gravitación, han encontrado grandes dificultades. En la actualidad existen algunos enfoques prometedores como la Gravedad cuántica de bucles, la teoría de supercuerdas o la teoría de Twistores, pero ninguno de ellos es un modelo completo que pueda suministrar predicciones suficientemente precisas. Además se han ensayado un buen número de aproximaciones semiclásicos que han sugerido nuevos efectos que debería predecir una teoría cuántica de la gravedad. Por ejemplo Stephen Hawking usando uno de estos últimos enfoques sugirió que un agujero negro debería emitir cierta cantidad de radiación, efecto que se llamó radiación de Hawking.
Las razones de las dificultades de una teoría unificada son varias, y básicamente tienen que ver con el resto de teorías cuánticas de campos la estructura del espacio-tiempo es fija totalmente independiente de la materia, y en cambio no sabemos como describir un espacio de Hilbert para los diversos estados cuánticos del propio espacio-tiempo. Así La unificación de la fuerza gravitatoria con las otras fuerzas fundamentales sigue resistiéndose a los físicos. La aparición en el Universo de materia oscura o una aceleración de la expansión del Universo hace pensar que todavía falta una teoría satisfactoria de las interacciones gravitatorias completas de las partículas con masa.
Otro punto difícil, es que de acuerdo con los principios cuánticos, el campo gravitatorio debería manifestarse en "cuantos" o partículas bosónicas transmisoras de la influencia gravitatoria. Dadas las características del campo gravitatorio, la supesta partícula que transmitiría la intercción gravitatoria, llamada provisionalmente gravitón, debería ser una partícula sin masa (o con una masa muy muy pequeña) y un espín de 2\hbar. Sin embargo, los experimentos de detección de ondas gravitatorias todavía no han encontrado evidencia de la existencia del gravitón, por lo que de momento no es más que una conjetura física que podría no corresponderse con la realidad.
La interacción gravitatoria como fuerza fundamental [editar]
La interacción gravitatoria es una de las cuatro fuerzas fundamentales de la Naturaleza, junto al electromagnetismo, la interacción nuclear fuerte y la interacción nuclear débil. A diferencia de las fuerzas nucleares y a semejanza del electromagnetismo, actúa a grandes distancias. Sin embargo, al contrario que el electromagnetismo, la gravedad es una fuerza de tipo atractiva aunque existen casos particulares en que las geodésicas temporales pueden expandirse en ciertas regiones del espacio-tiempo, lo cual hace aparecer a la gravedad como una fuerza repulsiva, por ejemplo la energía oscura. Este es el motivo de que la gravedad sea la fuerza más importante a la hora de explicar los movimientos celestes.
Véase también [editar]
* Fenomenos asociados a la gravedad: Ingravidez, Anomalía gravitatoria y anomalía geoidal
* Tratamiento newtoniano de la gravedad: Ley de atracción, Campo gravitatorio
* Tratamiento cuántico y relativista de la gravedad: Fuerzas fundamentales, Teoría general de la relatividad, Teoría de supercuerdas, Superfuerza.
Referencias [editar]
1. ↑ Einstein demostró que no existe el empuje gravitatorio; dicha fuerza es una ilusión.
2. ↑ http://www.phy6.org/stargaze/Mframes3.htm
3. ↑ Michio Kaku, El Universo de Einstein, p. 76.
Enlaces externos [editar]
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Para la aceleración o intensidad de la gravedad, véase Intensidad del campo gravitatorio.
Sir Isaac Newton formuló la teoría de la gravedad.
Sir Isaac Newton formuló la teoría de la gravedad.
La gravedad, denominada también fuerza gravitatoria, fuerza de gravedad, interacción gravitatoria o gravitación, es la fuerza teórica[1] de atracción que experimentan entre sí los objetos con masa.
Tiene relación con la fuerza que se conoce como peso. El peso, que es familiar a todos, es la fuerza de gravedad que ejerce la masa de la Tierra, respecto cualquier objeto que esté en su entorno, por ejemplo, la masa del cuerpo humano. Se aprovecha esta fuerza para medir la masa de los objetos con bastante precisión, por medio de básculas de pesas. La precisión alcanzada al pesar se debe a que la fuerza de gravedad que existe entre la tierra y los objetos de su superficie es similar en cualquier lugar que esté a la misma distancia del centro terrestre, aunque esta disminuirá proporcionalmente si se alejan, tanto de la pesa como del objeto a pesar.
En otros planetas o satélites, el peso de los objetos varía si la masa de los planetas o satélites es diferente (mayor o menor) a la masa de la Tierra.
Los efectos de la gravedad son siempre atractivos, y la fuerza resultante se calcula respecto del centro de gravedad de ambos objetos (en el caso de la Tierra, el centro de gravedad es su centro de masas, al igual que en la mayoría de los cuerpos celestes de características homogéneas).
La gravedad tiene un alcance teórico infinito, sin embargo, la fuerza es mayor si los objetos están cerca uno del otro, y mientras se van alejando dicha fuerza pierde intensidad. La pérdida de intensidad de esta fuerza es proporcional al cuadrado de la distancia que los separa. Por ejemplo, si se aleja un objeto de otro al doble de distancia, entonces la fuerza de gravedad será la cuarta parte.
Se trata de una de las cuatro fuerzas fundamentales observadas hasta el momento en la naturaleza y es la responsable de los movimientos a gran escala que se observan en el Universo: La órbita de la Luna alrededor de la Tierra, la órbita de los planetas alrededor del Sol, etcétera.
Contenido
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* 1 Introducción
* 2 Variaciones de la gravedad en lugares diferentes de la Tierra
* 3 Mecánica clásica: Ley de la Gravitación Universal de Newton
o 3.1 Intensidad del campo gravitatorio
o 3.2 Problema de los tres cuerpos
* 4 Mecánica relativista: Teoría general de la relatividad
o 4.1 Cálculo relativista de la fuerza aparente
o 4.2 Ondas gravitatorias
o 4.3 Efectos gravitacionales
* 5 Mecánica cuántica: Buscando una teoría unificada
* 6 La interacción gravitatoria como fuerza fundamental
* 7 Véase también
* 8 Referencias
* 9 Enlaces externos
Introducción [editar]
El término «gravedad» se utiliza también para designar la intensidad del fenómeno en la superficie de la Tierra, aunque son conceptos relacionados pero distintos y muchas veces confundidos. Todos los cuerpos experimentan una fuerza atractiva por el simple hecho de tener masa. En el ámbito cotidiano, esta fuerza equivale al peso; en este caso, la masa del objeto y la masa de la Tierra se atraen, y el objeto queda sometido a una fuerza dirigida hacia el centro de la Tierra. Según la Segunda Ley de Newton, la fuerza a la que está sometido el objeto es directamente proporcional al producto de su masa y su aceleración:
\vec{F} = m \cdot \vec{a}
A esta aceleración se le llama aceleración de la gravedad.
Isaac Newton fue la primera persona en darse cuenta que la fuerza que hace que los objetos caigan con aceleración constante en la Tierra (gravedad terrestre) y la fuerza que mantiene en movimiento los planetas y las estrellas es la misma, y a él se debe la primera teoría general de la gravitación, la universalidad del fenómeno, expuesta en su obra Philosophiae Naturalis Principia Mathematica.
La teoría de la relatividad general, sin embargo, hace un análisis diferente de la interacción gravitatoria. De acuerdo con esta teoría puede entenderse como un efecto geométrico de la materia sobre el espacio-tiempo. Cuando una cierta cantidad de materia ocupa una región del espacio-tiempo, ésta provoca que el espacio-tiempo se deforme. Visto así, la fuerza gravitatoria no es ya una misteriosa "fuerza que atrae" sino el efecto que produce la deformación del espacio-tiempo, de geometría no euclídea, sobre el movimiento de los cuerpos. Dado que todos los objetos (según esta teoría) se mueven en el espacio-tiempo a la velocidad de la luz, al deformarse este espacio, parte de esa velocidad será desviada produciéndose aceleración en una dirección, que es la fuerza de gravedad.
Variaciones de la gravedad en lugares diferentes de la Tierra [editar]
Variación de la gravedad en el Antártico.
Variación de la gravedad en el Antártico.
La fuerza de gravedad en la superficie de la Tierra no es exactamente igual en todos los sitios. Existen pequeñas variaciones de un lugar a otro. Principalmente son dos los factores causantes de esto:
* La Tierra es aproximadamente un elipsoide oblato por lo que su campo gravitatorio no es un campo exactamente central, y esto se refleja en un momento cuadripolar no nulo.
* Además localmente las irregularidades de la superficie y ciertas homogeneidades continentales provocan pequeñas perturbaciones del campo a lo largo de la superficie.
El primer factor mencionado provoca que el campo gravitatorio aumente con la latitud debido a dos efectos: el achatamiento de la Tierra en los polos hace que la distancia r se reduzca a medida que la latitud aumenta, y la rotación terrestre genera una aceleración centrífuga que es máxima en la Línea ecuatorial y nula en los polos. Es decir, que estando en el ecuador la fuerza de gravedad es menor que en otras latitudes, y a medida que nos vayamos desplazando al sur o al norte, la fuerza de gravedad se va incrementando. Cuando lleguemos a los polos, la gravedad será máxima (aunque con poca diferencia).
Los valores de |\vec{g}| (la fuerza efectiva de la gravedad) en el ecuador y en los polos son respectivamente:[2]
|\vec g_{ec}| = 9,78 \frac{m}{s^2} \qquad |\vec g_{po}| = 9,8322 \frac{m}{s^2}
Además el efecto del momento cuadrupolar hace que los satélites que orbitan alrededor de la tierra estén sometidos a un torque que hace los satélites artificiales que giran alrededor de la tierra no tengan órbitas cerradas o exactamente periódicas.
El segundo factor es el responsable de que existan pequeñas variaciones de un lugar sin que tenga que ver la latitud. A veces hay una pequeña variación e un lugar distante de otro a pocos kilómetros. Estas variaciones se deben a que cerca a la superficie pueden existir rocas de una densidad mayor a la normal (llamadas mascon) lo que produce que sea mayor la gravedad por encima de esos lugares. Esas irregularidades fueron causantes de sorpresivos cambios de dirección en satélites artificiales, motivo por el cual se empezó a estudiar el fenómeno. Es necesario aclarar que las variaciones mencionadas son tan pequeñas que no se las puede detectar más que con instrumental de precisión, y de ninguna forma podrán ser notadas con básculas comunes.
Esas pequeñas irregularidades sobre estos valores pueden utilizarse para estudiar la distribución de densidad en la corteza terrestre utilizando técnicas de gravimetría.
En cuanto a la fuerza de gravedad sobre objetos que estén más arriba o más abajo de la superficie: La gravedad es máxima en la superficie. Tiende a disminuir al alejarse del planeta, por aumentar la distancia r entre las masas implicadas. Sin embargo, también disminuye al adentrarse en el interior de la Tierra, ya que cada vez una porción mayor de planeta queda por "encima", y cada vez es menos la masa que queda por "debajo". En el centro de la Tierra, hay una enorme presión por el peso de las capas superiores de todo el planeta, pero la gravedad es nula. La gravedad en el centro de la Tierra es nula porque se equiparan todas las fuerzas de atracción.
Véase también: Campo gravitatorio
Mecánica clásica: Ley de la Gravitación Universal de Newton [editar]
Artículo principal: Ley de gravitación universal
La Ley de la Gravitación Universal de Newton establece que la fuerza que ejerce una partícula puntual con masa m1 sobre otra con masa m2 es directamente proporcional al producto de las masas, e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa:
\vec{F_{12}} = -G \frac {m_{1}m_{2}} {|\vec{r_1}-\vec{r_2}|^2}\hat{u_{12}}
donde \hat{u_{12}} es el vector unitario que va de la partícula 1 a la 2, y donde G \,\! es la constante de gravitación universal, siendo su valor aproximadamente 6,674 × 10–11 Nm2/kg2.
Por ejemplo, usando la ley de la Gravitación Universal, podemos calcular la fuerza de atracción entre la tierra y el cuerpo de una persona de 50kg. La masa de la tierra es de 5,974 × 1024 kg y la masa de la persona es 50Kg. La distancia entre el centro de gravedad de la tierra (centro de la tierra) y el centro de gravedad de la persona es de 6378,14 km (igual a 6378140 m, y suponiendo que la persona está sobre la línea del ecuador).
Entonces, la fuerza es:
F = G \frac {m_{1}\cdot m_{2}} {d^2}
Donde m1 es es la masa de la persona, m2 es la masa de la tierra y d es la distancia que separa los centros de gravedad de ambos.
F = G \frac {50kg \cdot 5,974 \times 10^{24}kg} {(6378140 m)^2}=\left ( 6.67428 \times 10^{-11}\frac{N\cdot m^2}{kg^2} \right ) \frac {2,987 \times 10^{26}kg^2} {6378140^2 m^2}
= 490,062N
La fuerza con que se atraen la tierra y el cuerpo de una persona de 50 kg es 490,062 Newtons. Esto es una forma correcta de decir (usando las unidades del SI), que una persona pesa 50 kg (dicho en términos corrientes).
Dentro de esta ley empírica, tenemos estas importantes conclusiones:
* Las fuerzas gravitatorias son siempre atractivas. El hecho de que los planetas describan una órbita cerrada alrededor del Sol indica este hecho. Una fuerza atractiva puede producir también órbitas abiertas pero una fuerza repulsiva nunca podrá producir órbitas cerradas.
* Tienen alcance infinito. Dos cuerpos, por muy alejados que se encuentren, experimentan esta fuerza.
* La fuerza asociada con la interacción gravitatoria es central.
A pesar de los siglos, hoy sigue utilizándose cotidianamente esta ley en el ámbito del movimiento de cuerpos incluso a la escala del Sistema Solar, aunque esté desfasada teóricamente. Para estudiar el fenómeno en su completitud hay que recurrir a la teoria de la Relatividad general.
Véase también: Masa inercial y Masa gravitacional
Intensidad del campo gravitatorio [editar]
Artículo principal: Intensidad del campo gravitatorio
Según las leyes de Newton, toda fuerza ejercida sobre un cuerpo le imprime una aceleración. En presencia de un campo gravitatorio, todo cuerpo se ve sometido a la fuerza gravitatoria, y la aceleración que imprime esta fuerza, o aceleración en cada punto del campo, se denomina intensidad del campo gravitatorio o aceleración de la gravedad. Para la superficie de la Tierra, la aceleración de la gravedad es de aproximadamente 9,81 m/s2. Este valor de g es considerado como el valor de referencia y, así, se habla de naves o vehículos que aceleran a varios g. En virtud del principio de equivalencia, un cuerpo bajo una aceleración dada sufre los mismos efectos que si estuviese sometido a un campo gravitatorio cuya aceleración gravitatoria fuese la misma.
Antes de Galileo Galilei se creía que un cuerpo pesado cae más deprisa que otro de menos peso. Según cuenta una leyenda, Galileo subió a la torre inclinada de Pisa y arrojó dos objetos de masa diferente para demostrar que el tiempo de caída libre era, virtualmente, el mismo para ambos. En realidad, se cree que hacía rodar cuerpos en planos inclinados y, de esta forma, al ser más lenta la caída, medía de manera más precisa la aceleración.
Problema de los tres cuerpos [editar]
Artículo principal: Problema de los tres cuerpos
Cuando se mueven tres cuerpos bajo la acción de su campo gravitatorio mutuo, como el sistema Sol-Tierra-Luna, la fuerza sobre cada cuerpo es justamente la suma vectorial de las fuerzas gravitatorias ejercidas por los otros dos. Así las ecuaciones de movimiento son fáciles de escribir pero difíciles de resolver ya que no son lineales. De hecho, es bien conocido que la dinámica del problema de los tres cuerpos de la mecánica clásica es una dinámica caótica.
Desde la época de Newton se ha intentado hallar soluciones matemáticamente exactas del problema de los tres cuerpos, hasta que en el siglo pasado se demostró que era imposible (sin embargo, se mostró también que por medio de series infinitas convergentes se podía solucionar el problema). Sólo en algunas circunstancias son posibles ciertas soluciones sencillas. Por ejemplo, si la masa de uno de los tres cuerpos es mucho menor que la de los otros dos (problema conocido como problema restringido de los tres cuerpos), el sistema puede ser reducido a un problema de dos cuerpos más otros problema de un sólo cuerpo.
Mecánica relativista: Teoría general de la relatividad [editar]
Artículos principales: Relatividad general y Aproximación para campos gravitatorios débiles
Albert Einstein revisó la teoría newtoniana en su teoría de la relatividad general, describiendo la interacción gravitatoria como una deformación de la geometría del espacio-tiempo por efecto de la masa de los cuerpos; el espacio y el tiempo asumen un papel dinámico.
Según Einstein, no existe el empuje gravitatorio; dicha fuerza es una ilusión, un efecto de la geometría. Así, la Tierra deforma el espacio-tiempo de nuestro entorno, de manera que el propio espacio nos empuja hacia el suelo. Una hormiga, al caminar sobre un papel arrugado, tendrá la sensación de que hay fuerzas misteriosas que la empujan hacia diferentes direcciones, pero lo único que existe son pliegues en el papel, su geometría.[3]
La deformación geométrica viene caracterizada por el tensor métrico que satisface las ecuaciones de campo de Einstein. La "fuerza de la gravedad" newtoniana es sólo un efecto asociado al hecho de que un observador en reposo respecto a la fuente del campo no es un observador inercial y por tanto al tratar de aplicar el equivalente relativista de las leyes de Newton mide fuerzas ficticias dadas por los símbolos de Christoffel de la métrica del espacio tiempo.
Véase también: Onda gravitacional
Cálculo relativista de la fuerza aparente [editar]
En presencia de una masa esférica, el espacio-tiempo no es plano sino curvo, y el tensor métrico g que sirve para calcular las distancias viene dado en coordenadas (t,r,θ,φ), llamada métrica de Schwarschild:
g = -c^2 \left(1-\frac{2GM}{c^2 r} \right) \mathrm{d}t\otimes\mathrm{d}t + \left(1-\frac{2GM}{c^2 r}\right)^{-1}\mathrm{d}r\otimes\mathrm{d}r + r^2 \left(\mathrm{d}\theta\otimes\mathrm{d}\theta + \sin^2\theta \ \mathrm{d}\varphi\otimes\mathrm{d}\varphi \right)
donde G es la constante de gravitación universal, M es la masa de la estrella, y c es la velocidad de la luz. La ecuación de las geodésicas dará la ecuación de las trayectorias en el espacio-tiempo curvo, si se considera una partícula en reposo respecto a la masa gravitatoria que crea el campo se tiene que, esta seguirá una trayectoria dada por las ecuaciones:
\begin{cases} \cfrac{d^2 r}{d\tau^2} = +\cfrac{GM}{(c^2r-2GM)r}\left(\cfrac{dr}{d\tau}\right)^2 -\left(r-\cfrac{2GM}{c^2}\right)\cfrac{GM}{r^3}\left(\cfrac{dt}{d\tau}\right)^2 \\ \\ \cfrac{d^2 t}{d\tau^2} = -2\cfrac{GM}{(c^2r-2GM)r}\left(\cfrac{dr}{d\tau}\right)\left(\cfrac{dt}{d\tau}\right) \end{cases}
La primera de estas ecuaciones da el cambio de la coordenada radial, y la segunda da la dilatación del tiempo respecto a un observador inercial, situado a una distancia muy grande respecto a la masa que crea el campo. Si se particularizan esas ecuaciones para el instante inicial en que la partícula está en reposo y empieza a moverse desde la posición inicial, se llega a que la fuerza aparente que mediría un observador en reposo viene dada por:
\cfrac{d^2 r}{d\tau^2} = -\left(r-\cfrac{2GM}{c^2}\right)\cfrac{GM}{r^3}\left(\cfrac{dt}{d\tau}\right)^2 = -\cfrac{GM}{r^2}\left[\left(1-\cfrac{2GM}{c^2r}\right)\left(\cfrac{dt}{d\tau}\right)^2\right]= -\cfrac{GM}{r^2}
Esta expresión coincide con la expresión de la teoría newtoniana si se tiene en cuenta que la dilatación del tiempo gravitatoria para un observador dentro de un campo gravitatorio y en reposo respecto a la fuente del campo viene dado por:
\left(\cfrac{dt}{d\tau}\right)^2 = \left[ 1-\cfrac{2GM}{c^2r} \right]^{-1}
Ondas gravitatorias [editar]
Además, la relatividad general predice la propagación de ondas gravitatorias. Estas ondas sólo podrían ser medibles si las originan fenómenos astrofísicos violentos, como el choque de dos estrellas masivas o remanentes del Big Bang. Estas ondas han sido detectadas[cita requerida] de forma indirecta en la variación del periodo de rotación de púlsares dobles. Por otro lado, las teorías cuánticas actuales apuntan a una "unidad de medida de la gravedad", el gravitón, como partícula que provoca dicha "fuerza", es decir, como partícula asociada al campo gravitatorio.
Efectos gravitacionales [editar]
Con la ayuda de esta nueva teoría, se pueden observar y estudiar una nueva serie de sucesos antes no explicables o no observados:
* Desviación gravitacional de luz hacia el rojo en presencia de campos con intensa gravedad: la frecuencia de la luz decrece al pasar por una región de elevada gravedad. Confirmado por el experimento de Pound y Rebka (1959).
* Dilatación gravitacional del tiempo: los relojes situados en condiciones de gravedad elevada marcan el tiempo más lentamente que relojes situados en un entorno sin gravedad. Demostrado experimentalmente con relojes atómicos situados sobre la superficie terrestre y los relojes en órbita del Sistema de Posicionamiento Global (GPS por sus siglas en inglés). También, aunque se trata de intervalos de tiempo muy pequeños, las diferentes pruebas realizadas con sondas planetarias han dado valores muy cercanos a los predichos por la relatividad general.
* Efecto Shapiro (dilatación gravitacional de desfases temporales): diferentes señales atravesando un campo gravitacional intenso necesitan mayor tiempo para hacerlo.
* Decaimiento orbital debido a la emisión de radiación gravitacional. Observado en púlsares binarios.
* Precesión geodésica: debido a la curvatura del espacio-tiempo, la orientación de un giroscopio en rotación cambiará con el tiempo. Esto está siendo puesto a prueba por el satélite Gravity Probe B.
Mecánica cuántica: Buscando una teoría unificada [editar]
Artículo principal: Gravedad cuántica
Todavía no disponemos de una auténtica descripción cuántica de la gravedad. Todos los intentos por construir una teoría física que satisfaga simultáneamente los principios cuánticos y a grandes escalas coincida con la teoría de Einstein de la gravitación, han encontrado grandes dificultades. En la actualidad existen algunos enfoques prometedores como la Gravedad cuántica de bucles, la teoría de supercuerdas o la teoría de Twistores, pero ninguno de ellos es un modelo completo que pueda suministrar predicciones suficientemente precisas. Además se han ensayado un buen número de aproximaciones semiclásicos que han sugerido nuevos efectos que debería predecir una teoría cuántica de la gravedad. Por ejemplo Stephen Hawking usando uno de estos últimos enfoques sugirió que un agujero negro debería emitir cierta cantidad de radiación, efecto que se llamó radiación de Hawking.
Las razones de las dificultades de una teoría unificada son varias, y básicamente tienen que ver con el resto de teorías cuánticas de campos la estructura del espacio-tiempo es fija totalmente independiente de la materia, y en cambio no sabemos como describir un espacio de Hilbert para los diversos estados cuánticos del propio espacio-tiempo. Así La unificación de la fuerza gravitatoria con las otras fuerzas fundamentales sigue resistiéndose a los físicos. La aparición en el Universo de materia oscura o una aceleración de la expansión del Universo hace pensar que todavía falta una teoría satisfactoria de las interacciones gravitatorias completas de las partículas con masa.
Otro punto difícil, es que de acuerdo con los principios cuánticos, el campo gravitatorio debería manifestarse en "cuantos" o partículas bosónicas transmisoras de la influencia gravitatoria. Dadas las características del campo gravitatorio, la supesta partícula que transmitiría la intercción gravitatoria, llamada provisionalmente gravitón, debería ser una partícula sin masa (o con una masa muy muy pequeña) y un espín de 2\hbar. Sin embargo, los experimentos de detección de ondas gravitatorias todavía no han encontrado evidencia de la existencia del gravitón, por lo que de momento no es más que una conjetura física que podría no corresponderse con la realidad.
La interacción gravitatoria como fuerza fundamental [editar]
La interacción gravitatoria es una de las cuatro fuerzas fundamentales de la Naturaleza, junto al electromagnetismo, la interacción nuclear fuerte y la interacción nuclear débil. A diferencia de las fuerzas nucleares y a semejanza del electromagnetismo, actúa a grandes distancias. Sin embargo, al contrario que el electromagnetismo, la gravedad es una fuerza de tipo atractiva aunque existen casos particulares en que las geodésicas temporales pueden expandirse en ciertas regiones del espacio-tiempo, lo cual hace aparecer a la gravedad como una fuerza repulsiva, por ejemplo la energía oscura. Este es el motivo de que la gravedad sea la fuerza más importante a la hora de explicar los movimientos celestes.
Véase también [editar]
* Fenomenos asociados a la gravedad: Ingravidez, Anomalía gravitatoria y anomalía geoidal
* Tratamiento newtoniano de la gravedad: Ley de atracción, Campo gravitatorio
* Tratamiento cuántico y relativista de la gravedad: Fuerzas fundamentales, Teoría general de la relatividad, Teoría de supercuerdas, Superfuerza.
Referencias [editar]
1. ↑ Einstein demostró que no existe el empuje gravitatorio; dicha fuerza es una ilusión.
2. ↑ http://www.phy6.org/stargaze/Mframes3.htm
3. ↑ Michio Kaku, El Universo de Einstein, p. 76.
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