Física de primaria y secundaria · Grades 1–9
25Los imanes y la brújula
Hace años descubriste que los dos extremos de un imán son distintos: de una manera dos imanes se pegan de golpe y, dándole la vuelta a uno, se empujan. Prometimos que esos extremos tenían nombre y un oficio famoso — guiar a los viajeros por todo el mundo. Hoy se cumple la promesa: bienvenido a los polos y al pequeño instrumento que encontró el camino de todos los exploradores antes de que existieran los satélites.
25.1 Los dos polos
Definición 25.1 (Los polos)
Los dos extremos especiales de un imán — donde su tirón es más fuerte, donde se amontonan los clips — son sus polos. Se llaman polo norte (a menudo pintado de rojo y marcado con una N) y polo sur (marcado con una S). Todos los imanes tienen los dos: uno de cada, siempre.
Proposición 25.2 (La regla de los polos)
Los polos opuestos se atraen: la N se pega de golpe a la S. Los polos iguales se repelen: la N aparta a la N y la S aparta a la S. Esta única regla explica todos los golpes secos y todas las negativas elásticas que has notado alguna vez entre dos imanes.
Ejemplo 25.3 (Releer los experimentos antiguos)
Cuando tus dos imanes se pegaban de golpe, una N estaba mirando a una S. Cuando se negaban con aquella elasticidad, la N miraba a la N (o la S a la S). Y los clips se amontonaban siempre en los extremos porque los polos son donde vive la fuerza de un imán — su parte central es la calma que hay entre ellos.
25.2 La Tierra es un imán
Ejemplo 25.4 (El mayor imán de todos)
Cuelga un imán de barra de un hilo para que pueda girar libremente, espera a que se quede quieto — y pasa algo maravilloso: siempre se detiene apuntando en la misma dirección, con un polo hacia el lejano norte del mundo y el otro hacia el lejano sur. Algún imán gigante e invisible tiene que estar poniendo sus polos en fila. Ese gigante es la propia Tierra: nuestro planeta entero es un imán, con sus polos magnéticos cerca de la parte de arriba y de la de abajo del globo.
Definición 25.5 (La brújula)
Una brújula es una aguja imantada pequeña y ligera, apoyada en un punto de apoyo muy fino para que pueda girar libremente. Si se la deja en paz, la aguja obedece al imán de la Tierra: su extremo marcado se queda apuntando al norte. Debajo de la aguja, una rosa enseña los cuatro puntos cardinales: norte, este, sur y oeste.
Método 25.6 (Usar una brújula)
- sujeta la brújula en horizontal y sin moverla, lejos de imanes y de objetos grandes de hierro (vallas, coches — distraen a la aguja);
- espera a que la aguja deje de oscilar;
- gira con suavidad la rosa de la brújula hasta que su N quede debajo del extremo marcado de la aguja;
- lee tus direcciones: mirando al norte, el este queda a tu derecha, el oeste a tu izquierda y el sur a tu espalda.
Compruébalo con el cielo: por aquí, la sombra del mediodía del capítulo del reloj de sol apunta al norte — la sombra y la aguja deberían coincidir.
Ejemplo 25.7 (Fabrícate una)
Frota una aguja de coser de acero con un polo de un imán veinte veces, siempre en el mismo sentido y apartando el imán entre pasada y pasada: la aguja se convierte ella misma en un pequeño imán. Ponla con cuidado sobre una rodaja de corcho que flote en un cuenco de agua — y mira cómo el corcho gira despacio hasta que la aguja apunta norte–sur. Acabas de construir la brújula de los marineros de hace mil años.
Observación 25.8 (El instrumento que abrió los océanos)
Antes de la brújula, los marineros se pegaban a la costa y rezaban por noches despejadas para gobernar con las estrellas. Con una aguja flotante podían mantener el rumbo entre la niebla, la tormenta y la oscuridad sin luna — a través de océanos enteros. Pocos instrumentos han redibujado el mapa del mundo tan por completo. Y un enigma quedó abierto durante siglos: ¿por qué se comporta la Tierra como un imán? La historia completa espera en los años de universidad de este curso — vale la pena esperar.
25.3 Ejercicios
Ejercicio 25.1 ★
¿Qué son los polos de un imán y cómo se llaman? ¿En qué parte de un imán de barra se amontonan los clips?
Solución
Solución de Ejercicio 25.1.
Los polos son los dos extremos fuertes del imán: el polo norte (N, a menudo rojo) y el polo sur (S). Los clips se amontonan en los polos — en los extremos —, no en el centro.
Ejercicio 25.2 ★
Enuncia la regla de los polos. Dos imanes se pegan de golpe: ¿qué polos se estaban mirando?
Ejercicio 25.3 ★
El polo N de un imán se acerca al polo N de otro. ¿Qué pasa? ¿Y la N hacia la S?
Solución
Solución de Ejercicio 25.3.
N hacia N: se apartan (los polos iguales se repelen). N hacia S: se atraen y se pegan de golpe.
Ejercicio 25.4 ★
¿Por qué se queda siempre apuntando en la misma dirección un imán de barra colgado libremente? ¿Qué revela esto sobre la Tierra?
Ejercicio 25.5 ★
Nombra los cuatro puntos cardinales en orden, empezando por el norte y girando hacia la derecha. Mirando al norte, ¿qué dirección queda a tu derecha?
Solución
Solución de Ejercicio 25.5.
Norte, este, sur y oeste. Mirando al norte, el este queda a tu derecha.
Ejercicio 25.6 ★
¿Por qué hay que mantener una brújula lejos de imanes, vallas de hierro y coches mientras la lees?
Ejercicio 25.7 ★
Describe cómo convertir una aguja de coser en una aguja de brújula y cómo dejarla girar libremente sin punto de apoyo.
Solución
Solución de Ejercicio 25.7.
Se frota la aguja con un polo de un imán veinte veces en el mismo sentido, apartando el imán entre pasada y pasada — así se convierte en un imancito. Se pone sobre una rodaja de corcho que flote en un cuenco de agua: el corcho flotante es un punto de apoyo hecho de agua, y la aguja gira hasta apuntar norte–sur.
Ejercicio 25.8 ★
Del capítulo del reloj de sol: ¿hacia qué dirección apunta por aquí la sombra del mediodía? ¿Cómo puede eso comprobar una brújula — o sustituir a una perdida?
Ejercicio 25.9 ★
¿Por qué fue la brújula un tesoro tan grande para los marineros, comparada con gobernar por la costa o por las estrellas?
Solución
Solución de Ejercicio 25.9.
Funciona con niebla, bajo las nubes, en noches sin luna y lejos de cualquier costa — la aguja no le pide nada al cielo. Los marineros pudieron por fin mantener el rumbo por mar abierto con cualquier tiempo.
Ejercicio 25.10 ★★
Una senderista camina hacia un refugio de montaña que está justo al norte. Su aguja de brújula, sujeta como es debido, apunta a la hebilla del cinturón de su amigo en vez de al norte siempre que él se pone cerca, a su izquierda. ¿Qué está ocurriendo, hacia dónde corre peligro de desviarse y cuál es el arreglo de un solo paso?
Solución
Solución de Ejercicio 25.10.
La hebilla de hierro del amigo gana al imán de la Tierra a corta distancia: la aguja apunta a la hebilla y no al norte. Si se fiara de ella, se desviaría — el falso “norte” queda hacia su izquierda, así que torcería su camino hacia la izquierda, es decir, hacia el oeste. El arreglo: leer la brújula lejos de la hebilla (a unos pasos de distancia) y después caminar.
Ejercicio 25.11 ★★
Se sierra un imán por la mitad, entre sus dos polos, con la esperanza de quedarse con una N solitaria en una mano y una S solitaria en la otra. La sabiduría de los marineros — y todos los experimentos que se han hecho — dicen que cada mitad resulta ser un imancito completo con los dos polos. Pon a prueba la afirmación con el pensamiento y con la receta de la aguja de brújula: la aguja de coser frotada es corta — ¿tiene un polo o dos? ¿Qué sugiere esto sobre buscar un polo solitario a base de cortar?
Solución
Solución de Ejercicio 25.11.
La aguja corta que se ha frotado tiene dos polos — sus extremos se comportan como una N y una S (haz flotar dos agujas así y se pegarán punta con punta, atrayéndose por los extremos opuestos). O sea que acortar un imán no le quita un polo, y cortar uno por la mitad solo produce dos imanes cortos completos: la caza del polo solitario a base de cortar no acaba nunca — cada corte te devuelve los dos polos.