El anillo de Thompson: un experimento que sorprende y enseña

POGGIO FRACCARI EDUARDO; LEVITÁN DAVID; GIUNTA PABLO; NORES PONDAL FEDERICO

San Miguel de Tucumán

Congreso; 101 Reunión Nacional de Física; 2016

Asociación Física Argentina

p { margin-bottom: 0.25cm; direction: ltr; line-height: 120%; text-align: left; }Objetivos: Sepresenta un caso de estudio en el que los alumnos fijan los conceptospreviamente aprendidos observando un experimento de laboratorio,explicado mediante un razonamiento que conduce a un absurdo y luegoresuelto en detalle. Los objetivos entonces son mostrar que estametodología 1) genera mayor participación del alumnado, y 2) ayudaa fijar mejor los conceptos teóricos.Presentación: Laexperiencia al corregir informes de laboratorio demuestra que losalumnos suelen reproducir parcial y mecánicamente los conceptosvistos en clase, reduciendo el aprendizaje a una cuestión dememoria.Losexperimentos de laboratorio tienen como finalidad enfrentar a losalumnos a situaciones en las que los conceptos resultan visibles, yson tanto más efectivos cuanto más fuertemente captan la atenciónde inmediato. Precisamente, éste es el caso del Anillo de Thompson,un dispositivo que se suele mostrar en los cursos introductorios deElectricidad y Magnetismo, y sobre el cual se han escrito variostrabajos recientemente. El mismo consiste en un anillo de aluminio,que se eleva por los aires por sobre un bobinado alimentado con CA,generando un gran impacto visual.Desarrollode la experiencia: Alo largo de varios cursos (y cuatrimestres), se ha verificado que losalumnos suelen prestar atención luego de que han sido sorprendidos.Por ello resulta conveniente primeramente mostrar el fenómeno delanillo suspendido en el aire, y luego preguntar por qué ocurre.Enese momento, se puede afirmar que más del 80% de un curso promedio,queda sorprendido y además intenta explicar el fenómeno. El docenteinicia el proceso de exposición mostrando que un anillo cortado noexperimenta fuerza alguna, concluyendo así que el fenómeno semanifiesta sólo en casos en los que se pueda establecer unacorriente dentro del mismo. En esta instancia se suele lograr laparticipación activa de entre un 15-20% del curso, que ayudan aconstruir una hipótesis para comprender lo observado, cuando en unaclase regular sólo se animan a hablar en público menos del 5%. Porlo tanto el primer objetivo del docente, captar la atención ymotivar la participación, fue cumplido. Latrampa: Unavez que se convenció al grupo de observadores que se trata de unafuerza debida a una corriente inducida, estos rápidamente asumen quedicha corriente se ha generado únicamente por el campo externo alanillo. La corriente del bobinado es proporcional a sen(wt), por lotanto también lo es el campo B generado por ésta. El razonamientosuele ser el siguiente: si la fem inducida en el anillo es sóloproporcional a la derivada de B (cos(wt)), es decir, desfasa 90º,supuestamente también lo será la corriente inducida en el mismo. Deeste modo, la fuerza magnética que se opone a la de gravedad seríaproporcional a sen(wt)*cos(wt). Sin embargo, al hacer las cuentas endetalle el docente muestra un resultado anómalo: matemáticamente,el promedio temporal de la fuerza en un período resulta nulo.¡Totalmente contrario a lo observado, si el anillo levita sobre elbobinado! ¿No será que olvidamos algo en el camino?Latrampa fue que impusimos una hipótesis que nos llevó a unrazonamiento absurdo: desestimamos la autoinducción L del anillocuando calculamos la corriente.  Generalmentecuando se llega a un absurdo los alumnos comienzan a dar opiniones alrespecto, y se suele observar un grado aún mayor de participaciónactiva, inclusive se duplica la cantidad respecto de los queoriginalmente colaboraron con el razonamiento, cerca del 25-30% dondetambién se observa que los restantes suelen tomar apuntes.Lasolución: Considerandoahora el término faltante de autoinducción, se muestra que lacorriente inducida en el anillo y el campo del bobinado están ahoradesfasados un valor distinto de 90º, y por lo tanto el promediotemporal de la fuerza magnética no es cero, y de este modo es capazde balancear al peso. Así, el anillo se mantiene en el aire,concordando finalmente modelo y experimento.Conclusión: Lamodalidad de confrontar a los alumnos con una discrepancia entre elmodelo y la observación fomenta su participación activa, la cualpuede incluso duplicarse. La experiencia tangible genera un impactoen la atención del alumno y lo motiva a proponer hipótesis quepermitan encontrar el aparente absurdo.