Calculadora de fuerza de Lorentz

La fuerza de Lorentz describe cómo actúan los campos eléctricos y magnéticos sobre una partícula cargada. En forma vectorial, la fuerza es la carga multiplicada por la suma del campo eléctrico y el producto vectorial de la velocidad por el campo magnético. La contribución eléctrica puede acelerar una partícula tanto en movimiento como en reposo. La contribución magnética solo puede existir cuando la partícula se mueve respecto al campo y actúa perpendicularmente a la velocidad y al campo magnético. Esta calculadora evalúa el vector tridimensional completo y su magnitud en unidades del SI. Las componentes cartesianas hacen explícita la dirección. La componente X del producto vectorial de la velocidad por el campo magnético es la velocidad Y por el campo magnético Z menos la velocidad Z por el campo magnético Y. Las componentes Y y Z siguen el mismo patrón cíclico. La calculadora suma la componente correspondiente del campo eléctrico y multiplica cada suma por la carga. Una carga negativa invierte todas las componentes de fuerza respecto a las previstas para una carga positiva. La magnitud es la raíz cuadrada de la suma de los cuadrados de las tres componentes y nunca es negativa. Las unidades deben ser coherentes. Introduce la carga en culombios, el campo eléctrico en newtons por culombio, la velocidad en metros por segundo y la densidad de flujo magnético en teslas. Las componentes y la magnitud resultantes se expresan en newtons. Las cargas de partículas elementales y las fuerzas microscópicas suelen ser muy pequeñas, por lo que se admite notación científica como 1.6e-19 y los resultados pequeños se muestran en forma exponencial. Usa valores con signo para indicar la dirección en cada eje y cero donde no haya componente. Varios casos especiales permiten comprobar el resultado. Sin campo magnético, la fuerza se reduce a carga por campo eléctrico. Sin campo eléctrico, la magnitud de la fuerza magnética es el valor absoluto de la carga por la rapidez, por el campo magnético y por el seno del ángulo entre ellos. Si velocidad y campo magnético son paralelos, su producto vectorial es cero; si son perpendiculares, la fuerza magnética es máxima. Como esta fuerza es perpendicular a la velocidad instantánea, cambia la dirección, pero no realiza trabajo por sí sola; la fuerza eléctrica sí puede cambiar la energía cinética. La ecuación no relativista es fundamental en espectrómetros de masas, aceleradores de partículas, física de plasmas, óptica electrónica, dispositivos de efecto Hall y cursos de electromagnetismo. A velocidades próximas a la de la luz, el análisis de trayectorias y momento requiere mecánica relativista, aunque la ley de fuerza conserva su forma vectorial. Las trayectorias reales también requieren la masa, la posición inicial, campos variables en el espacio e integración numérica en el tiempo. Esta calculadora proporciona la fuerza instantánea para las condiciones locales y el sistema de coordenadas introducidos.