Física y Química 3.º ESO · Imanes y magnetismo terrestre
La Tierra, un gran imán: la brújula
Objetivo: Al terminar, sabrás construir una brújula sencilla, explicar por qué se orienta hacia el norte y distinguir el polo norte geográfico del polo magnético que hay cerca de él.
Explicación
La brújula
Una brújula es una aguja imantada que puede girar libremente sobre un eje. Por ser un pequeño imán, se orienta siempre en la misma dirección: su polo norte apunta, aproximadamente, hacia el norte geográfico. La usan desde hace siglos los navegantes y los excursionistas para orientarse.
La Tierra se comporta como un gran imán
La aguja se orienta porque la Tierra tiene un campo magnético, parecido al de un enorme imán recto colocado en su interior.
Recuerda que polos distintos se atraen. Si el polo norte de la aguja apunta hacia el norte geográfico, es porque allí hay un polo sur magnético. Es decir:
- Cerca del polo norte geográfico está el polo sur magnético de la Tierra.
- Cerca del polo sur geográfico está el polo norte magnético.
(Por costumbre, al polo magnético que hay en el Ártico se le llama a menudo «polo norte magnético», porque está en el norte, aunque magnéticamente se comporta como un polo sur.)
Polos geográficos y polos magnéticos no coinciden
- Los polos geográficos son los puntos por donde pasa el eje de giro de la Tierra.
- Los polos magnéticos están a varios cientos de kilómetros de ellos y se desplazan lentamente con los años.
Por eso la brújula no señala exactamente el norte geográfico. El ángulo entre las dos direcciones se llama declinación magnética; en España es actualmente muy pequeño (de pocos grados), así que para orientarse en una excursión se puede despreciar.
Cuidado al usar una brújula
La aguja responde a cualquier campo magnético: si hay cerca un imán, un objeto de hierro o acero (una hebilla, la carrocería de un coche, una mesa metálica) o un cable con corriente, se desvía y deja de señalar el norte.
Cómo construir una brújula casera
- Frota una aguja de coser con un imán unas 30 veces, siempre en el mismo sentido y con el mismo polo: la aguja queda imantada.
- Atraviesa con ella un trozo de corcho (o ponla sobre un trocito de papel o una tapa de plástico).
- Déjala flotar en un plato con agua, lejos de objetos metálicos.
- La aguja gira y se queda en la dirección norte-sur. Compruébalo con la brújula del móvil.
Puntos clave
- Una brújula es una aguja imantada que gira libremente; su polo N apunta aproximadamente al norte geográfico.
- La Tierra se comporta como un gran imán.
- Cerca del polo norte geográfico hay un polo sur magnético (por eso atrae al N de la aguja).
- Los polos magnéticos no coinciden con los geográficos y se desplazan con el tiempo.
- Los imanes y los objetos de hierro cercanos desvían la brújula.
Errores frecuentes
ErrorDecir que el norte de la brújula apunta al norte porque allí hay un polo norte magnético.
Cómo corregirloPolos iguales se repelen. Si atrae al N de la aguja, allí hay un polo sur magnético.
ErrorPensar que la brújula señala exactamente el polo norte geográfico.
Cómo corregirloSeñala hacia el polo magnético, que está a cientos de kilómetros del geográfico. En España la diferencia es pequeña, pero en otros lugares es grande.
ErrorUsar la brújula encima de una mesa metálica o junto al móvil y fiarse de lo que marca.
Cómo corregirloAléjala de imanes, objetos de hierro y aparatos eléctricos antes de leerla.
Ejemplos resueltos
Ejemplo 1. Una brújula en un plato de agua experimental
Imantas una aguja de coser frotándola 30 veces con el polo N de un imán, siempre del ojo a la punta. La clavas en un trozo de corcho y la dejas flotar en un plato con agua. a) ¿Qué ocurre? b) ¿Cómo sabes qué extremo de la aguja es su polo norte? c) ¿Por qué hay que alejar el plato de la nevera o de la mesa metálica?
Resolución
a) La aguja, ahora un pequeño imán, gira hasta quedar en la dirección norte-sur y allí se queda.
b) Hay varias formas: comparar con una brújula de verdad o con la del móvil (el extremo que apunta al norte es su polo N); o acercar el polo N del imán: el extremo de la aguja que es repelido es su polo N.
c) La puerta de la nevera tiene imanes y la mesa es de acero: su campo magnético, muy cerca de la aguja, es más intenso que el de la Tierra y la desviaría.
Ejemplo 2. Orientarse en La Pedriza situación real
Estás de excursión en La Pedriza (sierra de Guadarrama) y quieres ir hacia el oeste para volver al aparcamiento. Tienes una brújula. a) ¿Cómo la usas para saber hacia dónde está el oeste? b) Un amigo apoya la brújula en la hebilla metálica de su mochila y le marca una dirección distinta. ¿Quién tiene razón?
Resolución
a) Pon la brújula horizontal y espera a que la aguja se pare. Su polo norte señala el norte. Gira la esfera de la brújula hasta que la N coincida con la aguja: el oeste queda a 90° hacia la izquierda del norte (si miras al norte, el oeste está a tu izquierda).
b) Tienes razón tú: la hebilla es de metal (hierro o acero) y, al estar tan cerca, desvía la aguja.
Ejercicios
De menos a más. Intenta cada uno antes de mirar la solución.
1. Fácil
Si polos magnéticos iguales se repelen, ¿por qué el polo norte de una brújula apunta hacia el norte geográfico? ¿Qué polo magnético hay cerca del polo norte geográfico?
Ver solución
Porque cerca del polo norte geográfico hay un polo sur magnético, que atrae al polo norte de la aguja.
El polo N de la aguja es atraído hacia el norte geográfico. Como se atraen polos distintos, cerca del polo norte geográfico tiene que haber un polo sur magnético.
2. Media
Dibuja la Tierra como una circunferencia con su eje de giro. a) Marca los polos geográficos N y S. b) Dibuja dentro un imán recto, un poco inclinado respecto al eje, con sus polos bien colocados. c) Dibuja tres o cuatro líneas de campo por fuera de la Tierra con sus flechas.
Ver solución
El imán interior tiene su polo S cerca del polo norte geográfico; las líneas salen cerca del polo sur geográfico y entran cerca del polo norte geográfico.
a) Polo norte geográfico arriba y polo sur geográfico abajo, en los extremos del eje de giro. b) Imán interior algo inclinado con su polo S arriba (cerca del norte geográfico) y su polo N abajo. c) Las líneas salen del polo N magnético (cerca del polo sur geográfico), rodean la Tierra por fuera y entran cerca del polo norte geográfico. Por eso, en cualquier punto, la brújula apunta hacia el norte.
3. Fácil
Explica por qué una brújula no sirve para orientarse en estos casos: a) Dentro de un coche. b) Junto a un imán de nevera. c) Pegada al altavoz del móvil.
Ver solución
En los tres casos hay cerca materiales magnéticos o imanes que desvían la aguja.
a) La carrocería es de acero, que modifica el campo magnético cerca de la aguja. b) El imán de nevera crea, muy cerca, un campo mucho más intenso que el terrestre. c) Los altavoces llevan imanes. En los tres casos la aguja se orienta según ese campo cercano y no según el de la Tierra.
4. Media
Ordena los pasos para construir una brújula casera: A. Dejar flotar el corcho en un plato con agua. B. Frotar la aguja con un imán unas 30 veces en el mismo sentido. C. Comprobar con la brújula del móvil hacia dónde apunta. D. Clavar la aguja en un trozo de corcho. E. Alejar el plato de objetos metálicos. ¿Por qué hay que frotar siempre en el mismo sentido?
Ver solución
B, D, E, A, C. Para que la aguja quede imantada con un polo en cada extremo.
Orden: B → D → E → A → C (E puede ir también justo antes de A o al preparar la mesa). Se frota siempre en el mismo sentido para que todos los «pequeños imanes» del acero de la aguja se ordenen igual y la aguja quede imantada, con un polo N en un extremo y un S en el otro. Si se frota adelante y atrás, se deshace lo que se ha hecho.
5. Difícil
Una expedición llega exactamente al polo magnético que hay en el océano Ártico. Allí las líneas del campo magnético terrestre son verticales (se meten hacia el interior de la Tierra). ¿Qué le pasará a una brújula normal, que solo puede girar en horizontal?
Ver solución
No señala ninguna dirección fija: la aguja queda «perdida».
Una brújula normal solo se orienta según la parte horizontal del campo. En el polo magnético el campo es vertical y no tiene parte horizontal, así que la aguja no tiene ninguna dirección preferida: se queda en cualquier posición o gira sin rumbo. Por eso, cerca de los polos magnéticos, la brújula no sirve para orientarse.
Para practicar más
1. Fácil
Indica si es verdadero o falso y corrige las falsas: a) La brújula es una aguja imantada que puede girar libremente. b) Cerca del polo norte geográfico hay un polo norte magnético. c) Los polos magnéticos coinciden exactamente con los geográficos. d) Un objeto de hierro cercano puede desviar una brújula.
Ver solución
a) V. b) F. c) F. d) V.
a) Verdadero. b) Falso: hay un polo sur magnético (por eso atrae al polo N de la aguja). c) Falso: están a cientos de kilómetros y los magnéticos se desplazan. d) Verdadero.
2. Fácil
Construye en casa la brújula del plato de agua. Escribe: el material que has usado, los pasos, hacia dónde se ha orientado la aguja y si coincide con la brújula del móvil. ¿Qué ocurre si acercas un imán al plato?
Ver solución
La aguja se orienta norte-sur, como la del móvil. Al acercar un imán, la aguja gira hacia el imán.
Respuesta modelo: aguja, imán, corcho y plato con agua; se imanta la aguja frotándola en un solo sentido, se clava en el corcho y se deja flotar. La aguja se queda en la dirección norte-sur, como la brújula del móvil. Al acercar un imán, la aguja gira hacia él (uno de sus polos es atraído y el otro repelido): el imán, tan cerca, tiene más efecto que el campo terrestre.
3. Media
Un excursionista en la sierra de Madrid mira al norte con su brújula. a) ¿Hacia dónde tiene el este? ¿Y el sur? b) Si quiere ir hacia el sureste, ¿hacia dónde debe caminar respecto a la dirección que señala la aguja?
Ver solución
a) Este a la derecha; sur a la espalda. b) Formando 135° con la aguja, girando hacia la derecha (entre el este y el sur).
a) Mirando al norte: este a la derecha, oeste a la izquierda y sur detrás. b) El sureste está entre el este y el sur: debe caminar formando con la dirección que señala la aguja, girando hacia la derecha: es decir, 45° más allá del este, hacia el sur.
4. Fácil
Los antiguos navegantes chinos ya usaban la brújula hace casi mil años. ¿Por qué fue un invento tan importante para la navegación? ¿Qué ventaja tiene frente a orientarse por el Sol o por las estrellas?
Ver solución
Permite orientarse en cualquier momento, también de noche o con el cielo nublado.
En alta mar no hay referencias en el horizonte. El Sol y las estrellas sirven para orientarse, pero no se ven con el cielo nublado o con niebla, y el Sol solo de día. La brújula señala el norte siempre, de día y de noche y con cualquier tiempo, lo que hizo posibles los viajes largos por mar.