Sinopsis

La docencia de la Física, como la de otras ciencias, ha evolucionado mucho a lo largo del siglo XX. Existe toda una estela dejada por muy buenos y originales autores que han mostrado su impronta en forma de l ibros de introducción a la enseñanza de las ciencias o en libros de texto. Mentes privilegiadas como la de E. Fermi introdujeron nuevas formas de exponer la Física Nuclear, la Mecánica Cuántica o la propia Física general. Un discípulo y admirador del mismo fue el genial R. Feynman, cuyo curso de Física en conferencias ha sido editado en forma de libros de Física de obligada lectura para toda persona que guste de la física. Este movimiento ha contado con varios seguidores que han producido muy buenos resultados. Libros de texto como los de F. W. Sears o deM. Alonso- E. Finn han sido ampliamente difundidos y utilizados por nuestros alumnos y por nosotros mismos. También merece la pena mencionar la aportación realizada en su momento de los textos de Física debidos a B. Cabrera o a J. Catalá, que han sido ampliamente utilizados en nuestras universidades en diferentes épocas. De acuerdo con las líneas trazadas por los autores anteriores y con la incorporación de los últimos adelantos editoriales, abundan hoy en día los libros de texto dotados con una tipografía impecable, unas citas de primera línea y un material gráfico excelente, todo ello desarrollado en varios volúmenes. ¿Cuál es, sin embargo, la relación del alumno actual con esos libros? Aunque parezca mentira y exceptuando una pequeña fracción de estudiantes, sucede que, en general, se sienten agobiados por las descripciones largas, se aburren y acaban abandonando su lectura. El estudio era en épocas pasadas la principal actividad del estudiante; sin embargo, para el alumno actual y debido a la influencia del entorno, ha dejado de ser su único objetivo, dispone de un amplio espectro de actividades y está más orientado al uso de internet y los multimedia que a pensar y profundizar en una cuestión determinada. En consecuencia, el menor tiempo destinado al estudio debe ser, cuando menos, de un mayor rendimiento. En medio de estas circunstancias y ante el magnífico repertorio de libros de texto y de problemas disponibles nos hemos planteado la cuestión de si merece la pena presentar un libro más. Nuestra respuesta ha sido Sí y aquí ofrecemos esta colección de problemas de fundamentos de Electricidad y Magnetismo que esperamos dé respuesta a lectores y alumnos interesados por la Física, pero que «no tengan tiempo» para sumergirse en los volúmenes de gran peso y tamaño, actualmente al uso. Pensamos que hay «otra forma» de exponer los fundamentos de manera más directa, aunque menos llamativa y profusa en literatura y en material gráfico. La de los problemas orientados al manejo directo y claro de las leyes y conceptos físicos. Lo que presentamos, sin embargo, no es un resumen ni es un guión de física, es un conjunto de problemas donde se reúnen y se manejan las ideas, los aspectos más importantes y básicos del electromagnetismo. Como ejercicios que son, se trata de resaltar los conceptos de una forma dinámica. Esto es física práctica, donde las magnitudes y las leyes son los actores que juegan su papel con toda naturalidad. No hay que desempolvar nada, el papel desempeñado por todos los actores va saltando a la vista, su mayor o menor trascendencia va evolucionando en manos del alumno, no hay nada que ocultar y sí mucho que exponer y aclarar. No nos contentamos con que el alumno deduzca expresiones o calcule resultados numéricos y se quede todo ahí. Esta publicación cubre un conjunto de propósitos orientados a facilitar al alumno un procedimiento que le acerque al electromagnetismo con un sentido práctico y directo, poniéndole de manifiesto las ideas básicas y haciéndole reflexionar sobre aquellos puntos que más merecen su atención por su importancia para comprender el contenido de los fenómenos, su alcance en otros campos o para madurar los mecanismos empleados en la exposición de la física, en general. Por ello, a menudo aparecen al final de los problemas reflexiones o desafíos para que el alumno recapacite, pueda desarrollar su espíritu crítico, compruebe si realmente está entendiendo los problemas y si es capaz de llegar un poco más lejos. Animamos al lector para que, como primera medida, se esfuerce en la resolución de los problemas por su cuenta y riesgo. Si el intento no es afortunado le proponemos entonces que acuda al desarrollo pormenorizado haciendo de actor principal y llegando con acierto hasta el final de la escena. Aunque sea capaz de resolver un ejercicio le aconsejamos que revise después la resolución y los comentarios tal como los hemos expuesto en el libro para así completar y ampliar el contenido del mismo, quizá con nuevas ideas y posibles aplicaciones. Hemos puesto todo nuestro interés para que este libro cumpla sus objetivos y que al ser pequeño, desestime su compañía. El libro está desarrollado en ocho capítulos que se corresponden con el orden tradicional de un libro de Electromagnetismo, apropiado para dar comienzo al primer ciclo de Universidad y Escuelas Técnicas, y, en especial, para el primer curso de las mismas. Dentro de cada capítulo se han ordenado los problemas de la forma más lógica posible, teniendo en cuenta su grado de dificultad. En el último capítulo, ecuaciones de Maxwell, sólo se han estudiado algunos sistemas sencillos, pero no se ha abordado el tema de las ondas electromagnéticas. Se deja esta cuestión para considerarla más adelante en un libro de problemas sobre oscilaciones y ondas. Queremos destacar la colaboración prestada por nuestro editor, Antonio García-Maroto, que tiene gran parte de culpa de que este proyecto se lleve a cabo y es el responsable de que el libro llegue al lector, como es, yendo directamente al «grano» y abordando de forma «transparente» las dificultades. Deseamos agradecerle las facilidades que nos ha proporcionado para que el libro salga adelante en las mejores condiciones. Aquí está, pues, esta primera edición del libro 100 Problemas de Electricidad y Magnetismo esperando que dé respuesta y ayuda a un amplio sector de alumnos y lectores en general, interesados por la Física y, en concreto, por la Electricidad y el Magnetismo. Quedaríamos realmente satisfechos si el libro llegara a cubrir los objetivos manifestados y, desde luego, permanecemos abiertos para recibir la opinión y sugerencias de nuestros lectores. Pilar Mareca López y Vicente Alcober Bosch Madrid, Primavera-Verano de 2006

Índice

CAMPOS VECTORIALES Gradiente. Divergencia. Rotacional. Teorema de Gauss o de la divergencia. Teorema de Stokes.

ELECTROSTÁTICA EN EL VACÍO Ley de Coulomb. Campo eléctrico. Ley de Gauss. Potencial. Energía potencial electrostática.

ELECTROSTÁTICA EN MEDIOS MATERIALES Dieléctricos. Conductores en el campo eléctrico. Capacidad. Condensadores.

CORRIENTE ELÉCTRICA Circuitos de corriente continua. Leyes de Kirchoff.

MAGNETOSTÁTICA Fuerza de Lorentz. Ley de Ampère. Cálculo de campos magnéticos. Fuerza entre conductores que transportan corriente. Magnetismo en los medios materiales.