En electrostática, la propiedad intrínseca de los cuerpos es la carga eléctrica, aunque la unidad fundamental (operacional) del S.I. antes que el culombio (C) es el amperio (A=C/s). Eso quiere decir que el campo eléctrico se debe expresar en V/m antes que en N/C mientras que el campo magnético en teslas (T) antes que N/(A m). Al mismo tiempo, un voltio es V= J/C=N m/C, según la definición de potencial electrostático, pero también se puede escribir como V=T m²/s según la ley de Lenz-Faraday.
La fuerza electromotriz no es una fuerza
La fuerza electromotriz (f.e.m) es la manifestación, en términos de diferencia de potencial eléctrico, de una corriente eléctrica inducida debida a una variación temporal del flujo magnético que atraviesa un circuito cerrado (que no significa superficie cerrada) conforme la ley de Lenz-Faraday. Por tanto, la f.e.m. no es una fuerza como tal, aunque es la causante del transporte de carga de un punto a otro (corriente eléctrica) mediante fuerzas no conservativas. La f.e.m. se define positiva pero, como ocurriera con la d.d.p., puede tener signo negativo si se mide en sentido contrario al movimiento natural de las cargas.
Matemáticamente, la fuerza electromotriz es la circulación del campo eléctrico total (electrostático e inducido) a lo largo del circuito (cerrado). No es el trabajo por unidad de carga que realizan las fuerzas eléctricas de origen no electrostático para transportar las cargas dentro del circuito. En el primer caso, posición y tiempo en el campo eléctrico son independientes entre sí durante el recorrido del contorno de integración (circuito) mientras que en el segundo, el tiempo fluye con el trazado de la trayectoria de las cargas (contorno de integración). Por otro lado, las fuerzas magnéticas que actúan sobre cargas eléctricas en movimiento son ejemplos de esas fuerzas eléctricas no conservativas inducidas pero es conocido que el trabajo de las fuerzas magnéticas es siempre cero (¿fuerza electromotriz cero?)
Conservación de la energía en choques
En los choques o antichoques (objetos que se separan repentinamente), se conserva la cantidad de movimiento del sistema en una determinada dirección si en esa dirección no existen fuerzas externas, o la fuerza externa neta es nula o las fuerzas externas implicadas no son de tipo impulsivo. En cambio, la conservación de la energía cinética (mecánica pues en un choque “instantáneo” no se cambia de posición/configuración) dependerá del tipo de choque/antichoque. El choque perfectamente elástico es aquél en el que se conserva la energía cinética del conjunto justo antes y justo después del choque. En cualquier otro choque (inelástico), se pierde energía (en forma de calor usualmente) siendo el caso límite el choque perfectamente inelástico o plástico donde la pérdida (o ganancia si fuera antichoque) es máxima.
Una explosión es un ejemplo de antichoque plástico. Otro ejemplo: si dos patinadores que deslizan juntos repentinamente se dan un empujón mutuo de igual intensidad, lo que ocurre es un antichoque inelástico. Si una bola de 1 kg de masa choca contra un bloque en reposo de 1 kg y éste se mueve mientras la bola queda en reposo, el choque ha sido perfectamente elástico (máxima transferencia de energía dentro del sistema). Y si un coche colisiona con una furgoneta que circulaba en una dirección perpendicular quedando empotrado mientras el sistema se desplaza, el choque ha sido plástico.
Justamente, en la resolución de choques/antichoques inelásticos, se recomienda aplicar la 2ª Ley de Newton en forma de cantidad de movimiento a CADA objeto que interacciona. Hay que recordar que, si no existe interacción entre los objetos en una determinada dirección, el estado de movimiento de cada objeto en esa dirección se conserva. En la expresión de la 2ª Ley de Newton aparecerá el cambio de cantidad de movimiento (vector) debido al impulso o, dicho de otro modo, a la fuerza interna que ha sufrido el objeto durante el choque/antichoque por el tiempo que dura el mismo (normalmente muy pequeño, aunque también la fuerza interna suele ser impulsiva). De este modo, si el choque transcurre en el plano, se tendrá un sistema de cuatro ecuaciones escalares (cuatro incógnitas si nos proporcionan las velocidades iniciales y el impulso intercambiado) y que se tiene que reducir a un sistema formado por las dos ecuaciones escalares que se obtendrían de aplicar conservación de la cantidad de movimiento al sistema.
Magnitudes físicas con iguales dimensiones
En Física existen magnitudes con las mismas dimensiones pero que no corresponden al mismo concepto. No es lo mimo una frecuencia de 5 Hz que un coeficiente de amortiguamiento de 5 s^(-1). Energía, calor, trabajo mecánico y momento de una fuerza tienen las mismas dimensiones (M L² T^(-2)) pero la unidad en el S.I. de las tres primeras es el Julio (J) y de la última es N m. Sin embargo, la energía no es un trabajo ni un calor ni lo inverso es cierto, aunque tengan la misma unidad en el S.I. (¿alguien ha visto un trabajo expresado en calorías?) Otro caso es fuerza electromotriz y diferencia de potencial eléctrico. Las dimensiones son las mismas incluso la unidad (Voltio aunque según la Ley de Lenz-Faraday, 1 Wb/s=1 V) pero conceptualmente no lo son. Y otro tanto ocurre con entropía y capacidad calorífica, cuyas unidades en el S.I. son J/K aunque provienen de definiciones completamente distintas. Finalmente, lo mismo ocurre con tensión interfacial (fuerza por unidad de longitud) y energía interfacial (energía por unidad de superficie) pero en este caso se utilizan diferentes unidades (N/m vs. J/m²) para enfatizar la magnitud a la que se hace referencia.
Carga eléctrica en movimiento y fuerza magnética
Una carga eléctrica en movimiento crea un campo magnético y con él una fuerza magnética, pero ésta sólo actuará sobre otras cargas eléctricas también en movimiento, por reciprocidad. Por ello en la interacción mutua magnética no tiene sentido que una de las cargas esté en reposo. Hay que recordar que basta que la carga esté en movimiento (¿relativo o absoluto?), sea uniforme como acelerado. Por ejemplo, una carga oscilante es el modelo más simple de antena que irradia un campo electromagnético.
