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Información sobre magnetismo

Uno de los fenómenos más interesantes para cualquier niño es el magnetismo. Todos llegamos a maravillarnos alguna vez con un imán, como aquellos que se adhieren a los refrigeradores por algún tipo de fuerza aparentemente misteriosa.

No es de extrañar que las experiencias con imanes sean de enorme utilidad en la práctica educativa. En mis experiencias previas, el mero hecho de entregar a los estudiantes un conjunto de imanes los lleva a la experimentación. Querrán ver como los imanes se atraen o se repelen; también querrán saber a qué tipo de superficies se adhiere un imán y a cuáles no. También intentarán arrojar imanes a metales para que se peguen, o probarán monedas, llaves, y otros artículos de metal para ver cuáles son atraídos y cuáles no.

Lo anterior es en sí mismo una práctica que vale la pena llevar a cabo. Claro está que si se enmarca dentro de una experiencia educativa, le podemos sacar un mucho mejor provecho.

Vale la pena mencionar que a través del estudio del magnetismo, podemos introducir a nuestros estudiantes a dos conceptos fundamentales en la física: los campos y las fuerzas.

Un poco de historia

El primero griego antiguo en estudiar las fuerzas de atracción producidas por imanes de una manera sistemática fue Tales de Mileto (625 a.n.e. y 545 a.n.e.). [1]

El nombre magnetismo proviene de la ciudad de Magnesia del Meandro, ubicada en Asia menor. Allí conocían que ciertos minerales ejercían una fuerza de atracción sobre trozos de hierro. La roca magnética que Tales estudió provenía de la ciudad de Magnesia y decidió llamara piedra de Magnesia y al fenómeno natural se le terminó llamando «magnetismo».

Tales también descubrió que el Ámbar, al que los griegos llamaban elektron, al ser frotado exhibía una fuerza atractiva sobre objetos livianos. Mucho tiempo después a este fenómeno se le llamó electricidad.

Sin embargo, fue el magnetismo el que suscitó mayor interés dado que genera una atracción mayor, al menos en las condiciones en que era posible experimentar en la antigüedad y durante toda la edad media.

Muchas cosas fueron observadas y registradas sobre este fenómeno. Por ejemplo, se notó que el magnetismo podía ser transferido. Si frotamos una aguja con un imán podemos dotarla de propiedades magnéticas. A este proceso lo conocemos como imantación.

Si imantamos una aguja de metal y la ubicamos sobre un corcho, el cual colocamos a flotar en un balde con agua, habremos construido una brújula. Espero incluir en este blog una práctica sobre cómo construir una brújula.

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Tomada de Flickr

La orientación de la aguja de una brújula no es aleatoria; se orienta en una dirección específica. Esa dirección se alinea aproximadamente con la linea norte-sur de la Tierra. En una brújula, uno de los lados siempre apunta al norte, y siempre es el mismo lado. Necesariamente, el otro lado siempre apuntará al sur de la Tierra. Por eso, a esos lados de la aguja imantada los llamamos polos, uno de ellos es el polo sur, mientras que el otro es el polo norte.

Todos los imanes exhiben la misma propiedad y por ellos hablamos de los polos magnéticos del imán. A uno de esos polos lo llamamos norte, mientras que al otro lo llamamos sur.

Fueron los chinos quienes primero hicieron uso de la aguja imantada, es decir, de la brújula, como instrumento de orientación. [2] Vale la pena mostrar a los estudiantes cómo una invención tecnológica puede impactar radicalmente la historia. De acuerdo a Asimov [3]: «Probablemente no es un accidente que fuese solo hasta la invención de la brújula que los marinos europeos se arrojaron valientemente al Océano Atlántico».

Más sobre magnetismo

A veces se olvida que las fuerzas magnéticas no son únicamente de atracción sino también de repulsión. Como bien dice la popular frase utilizada en otros contextos: «polos opuestos se atraen, polos iguales se repelen». Quiere esto decir que con un imán del cual conozcamos su polo sur y su polo norte, podemos conocer el polo norte y el polo sur de cualquier otro imán aplicando la pequeña ley que acabamos de formular.

Las brújulas generalmente diferencian sus polos. Sin embargo, debo advertir al docente que las brújulas baratas no suelen ser muy confiables identificando su polo norte. En la experiencia que he tenido adquiriendo brújulas para mis estudiantes me he encontrado que varias vienen con el polo norte invertido.

Un instrumento que podemos usar como brújula son los celulares modernos, que suelen incluir varios tipos de sensores, entre ellos, un compás, el cual puede ser accedido a través de alguna aplicación que se puede instalar desde la tienda de aplicaciones. [4] Recordemos que, para bien o para mal, la mayoría de estudiantes de hoy en día cuentan con un celular, el cual suelen llevar a las escuelas.

Vale la pena que el profesor conozca un hecho interesante. Dado que los opuestos se atraen, quiere esto decir que el polo de una aguja imantada que apunta al norte es realmente su polo sur magnético. Sin embargo, puede ser un hecho que ocasione confusión a los estudiantes, sobre todo a los más pequeños.

Observaciones sobre el magnetismo

Para las prácticas podemos encontrar imanes con muchas formas (tamaños y colores). En los imanes en forma de barra es fácil identificar sus polos (se encuentran en sus extremos). Para la práctica en la que los estudiantes dibujarán el campo magnético, recomiendo este tipo de imanes.

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Tomada de pxhere

Con un imán con forma de rosquilla es posible realizar la práctica, pero resultará un poco más difícil.

Entre las cosas que debemos lograr que nuestros estudiantes observen está el identificar los polos de un imán. Podemos construir con ellos un método para hacerlo, sea con la brújula o con otro imán con sus polos previamente identificados.

Una segunda observación sencilla pero que a veces pasamos por alto es que la fuerza de atracción o repulsión disminuye al aumentar la distancia o, lo que es lo mismo, si los separamos lo suficiente, la fuerza de atracción desaparece.

El maestro debe recordar que no podemos encontrar «monopolos magnéticos» en la naturaleza. Si partimos uno de nuestros imanes por la mitad, cada parte tendrá su par de polos norte y sur.

¿Qué otra fuerza, sea de atracción o repulsión han observado los estudiantes?. Todos, absolutamente todos, estamos familiarizados con la fuerza de gravedad. Aquella que hace que los objetos caigan hacia la Tierra.

En nuestras prácticas, debemos lograr que los estudiantes construyan una analogía entre la fuerza magnética y la fuerza de gravedad. Preguntas como: ¿Cuál es más fuerte? ¿Existe una gravedad repulsiva? ¿La gravedad también varía con la distancia? nos pueden ser de ayuda para guiar los procesos de aprendizaje.

Yo abogo por que cada una de estas preguntas sean transversales a todas las prácticas sobre magnetismo. No deben ser respondidas con palabras, o, por lo menos, no exclusivamente con palabras. Durante el tiempo que le dediquemos al tema, debemos volver una y otra vez a ellas, abordándolas desde distintos puntos de vista.

La Tierra como un imán

Una brújula señala siempre hacia el norte, a menos que haya un imán, o alguna otra influencia magnética cerca a ella. ¿Qué tienen en común los polos sur y norte de la Tierra con un imán?.

La respuesta puede ser causa de asombro para los niños y jóvenes. Nuestro planeta Tierra puede funcionar como un enorme imán. En el pasado se llegó a especular que en el norte existía una gran montaña de hierro se encontraba en el norte y que era ella quien atraía las agujas de los compases, pero experimentos posteriores demostraron que realmente es la Tierra la que hace las veces de un imán esférico.

Hoy en día sabemos que la Tierra es, en si misma, un imán, con un polo norte magnético. El profesor debe recordar que los polos magnéticos de la Tierra no coinciden perfectamente con los polos de la Tierra.

Aunque no conocemos exactamente por qué la Tierra se comporta como un imán, la teoría más aceptada considera que se debe a enormes corrientes eléctricas que circulan el magma terrestre (su parte líquida). [5] En otras entradas y prácticas discutiremos la relación entre magnetismo y electricidad, que dan origen a lo que llamamos electromagnetismo.

El campo magnético

El concepto de campo magnético nos lleva de inmediato a un gran hombre en la historia de la ciencia; Michael Faraday. Recomiendo ver, como parte del estudio del magnetismo, el capítulo 10 llamado El visionario electrónico.

Con los niños más pequeños, no recomiendo ver todo el capítulo, sino específicamente las partes relacionadas con el tema en cuestión. En este caso, el descubrimiento del campo magnético.

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Tomada de Wikimedia Commons.

Una forma simple de ver el campo magnético de un imán es usar limadura de hierro, como podemos ver en la figura:

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Limadura de hierro. Fuente: Flickr.

Junto a esto, publicaré una práctica que consiste en que los estudiantes dibujen ellos mismo el campo magnético de imanes. En cierta forma podremos «ver algo invisible», o por lo menos su influencia sobre una brújula.

La imagen de la limadura de hierro nos muestra como el campo magnético se extiende desde un polo hasta llegar al otro. La forma específica depende de la forma del imán, y si ubicamos dos o más imanes podremos crear patrones diferentes.

La Tierra, al ser un imán, tiene su propio campo magnético. Una curiosidad que vale la pena mencionar y trabajar con los estudiantes es que las auroras que aparecen tanto en el norte (boreales), como en el sur (australes), son causadas por la interacción entre las partículas que desprende nuestro Sol con el campo magnético de la Tierra. [6]

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Tomada de pxhere.

Con imanes de distintas formas podemos encontrar campos magnéticos diferentes, como en la siguiente imagen de un imán con forma de herradura:

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Tomada de Wikimedia Commons.

El concepto de campo es difícil de explicar. Por ello, considero que es mejor introducirlo de manera práctica, a través de las experiencias con imanes y con fotografías de la forma que asume para formas distintas. Dibujar el campo magnético puede llegar a asombrar, y las figura resultantes puede ser estéticamente bonitas.

Finalmente debemos apuntar, con todas las prácticas, a que los estudiantes comprendan el magnetismo no como una fuerza de atracción ejercida por un imán, sino como un campo, es decir, una alteración de su geometría circundante. Un objeto acercado a un imán y atraído por este modifica su movimiento de acuerdo a la forma del campo.

Con esto doy por terminada cierta fundamentación teórica que espero sirva de base para las prácticas sobre magnetismo que iré subiendo en este espacio.

Referencias

  • Isaac Asimov: Understanding Physics: Volume 2: Light, Magnetism and Electricity.

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