¿Por qué el motor sigue girando? Descubre la Ley de Fleming y el secreto del conmutador con 3D digital y manualidades en papel.
Soy Ken Kuwako, tu entrenador de ciencia. ¡Cada día es un experimento!
¿Cuántos “motores” crees que hay a tu alrededor? El ventilador, la lavadora, la vibración del smartphone, las ruedas del tren… Nuestra vida está llena de la fuerza que hace que las cosas “giren”. Pero, si te preguntan, “¿Por qué giran las cosas cuando pasa la electricidad?”, la cosa se complica, ¿verdad? ¿Cómo podemos explicar esa fuerza invisible de la electricidad y el magnetismo?
Para resolver este enigma, encontré un material didáctico excelente que explica el mecanismo del motor usando el increíble software de gráficos 3D, “GeoGebra”. Aquí lo tienes.
Ver el Mecanismo del Motor con GeoGebra
Por ejemplo, este… (Buscar: DC Motor)
¡O este otro! (Buscar: Cópia de Electric Motor)
Puedes verlo en tu PC, pero te recomiendo especialmente la versión para la app de iPad de “GeoGebra”. ¿Qué tiene de maravilloso? ¡Que puedes manipularlo y girarlo a tu antojo! En un libro de texto, cuando te muestran un diagrama plano y te dicen “aquí la fuerza va hacia el fondo”, no terminas de entenderlo. Pero con este material, puedes rotarlo al ángulo que quieras y confirmar de forma tridimensional: “¡Ah, es verdad que recibe la fuerza en esta dirección!”
Podrás verificar, literalmente con tus propias manos, la famosa “Regla de la Mano Izquierda de Fleming”. La tecnología ha resuelto de forma brillante la dificultad de transmitir fenómenos tridimensionales.
De la Comprensión Digital a la Creación Analógica
Una vez que has entendido el mecanismo con el modelo 3D digital, ¡seguro que te entran ganas de construirlo con tus propias manos! Siguiendo el ejemplo del sitio web del profesor Shotaro Kishi, que experimenta con materiales didácticos científicos en formato #Papercraft (manualidades de papel), fabricamos con los estudiantes el “Motor de Papel que Gira 2“. A partir de aquí, vamos a ver juntos el corazón de este motor de papel: por qué sigue girando.
La Regla de Fleming y la “Fuerza de Rotación”
Primero, consideremos el momento en que la corriente fluye en el sentido “abcd” por la bobina.
Aquí es donde entra en escena la estrella de la ciencia de secundaria: ¡la “Regla de la Mano Izquierda de Fleming”! (Fuerza, Campo Magnético, Corriente).
Fijémonos en el segmento “ab” de la bobina. La corriente va de “a→b”. El “campo magnético” va del polo Norte (N) al Sur (S) del imán. Si alineamos el “dedo medio (corriente)” y el “índice (campo magnético)” de nuestra mano izquierda con estas direcciones…
¡El pulgar (fuerza) apunta “hacia el fondo”! Ahora, miremos el segmento “cd” de la bobina. La corriente va de “c→d”.
Si aplicamos la mano izquierda de la misma manera… ¡Ahora el pulgar (fuerza) apunta “hacia adelante”!
Imagina la escena: un lado de la bobina (ab) es empujado hacia el fondo, y el otro lado (cd) es tirado hacia adelante. ¿Qué ocurre? ¡Exacto! La bobina comienza a “girar” (¡clic!). Este es el primer paso del motor.
El “Mecanismo Inteligente” para que Siga Girando
Pero aquí surge un gran problema. ¿Qué pasaría si la bobina da media vuelta y las posiciones de ab y cd se invierten? Si la corriente siguiera en el sentido “abcd”… se aplicaría una fuerza en sentido contrario a la anterior, y la rotación se detendría. Sería como si al columpiarte, te empujaran en dirección opuesta en el momento equivocado.
¡Aquí es donde entra en juego la pieza crucial, que es una auténtica “invención” del motor: el “Conmutador” (o colector)!
Este conmutador se encarga de invertir la dirección de la corriente a “dcba” cada vez que la bobina da media vuelta.
Cuando la dirección de la corriente se invierte…
La sección “cd” (que ahora está adelante, tras media vuelta) recibe una fuerza “hacia el fondo (arriba en esta imagen)”…
Y la sección “ab” (que ahora ha ido al fondo) recibe una fuerza “hacia adelante (abajo en esta imagen)”…
Gracias a este ingenioso mecanismo que “cambia la dirección de la corriente en el momento justo”, el motor recibe fuerza siempre en la misma dirección, ¡y puede seguir girando sin parar!
Para Quienes Quieren Saber Más
En esta ocasión, exploramos el principio del motor alternando entre un modelo 3D digital y un papercraft analógico. Te invito a echar un vistazo a este material de GeoGebra, creado por Tom Walsh, que también es muy claro.
https://www.geogebra.org/m/DsCfTEex#material/PN2YrxBb
Cuando pasas de “más o menos lo sé” a “¡puedo explicar el mecanismo!”, la ciencia se vuelve mucho más divertida.
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