FISAR Sim es un espacio de simulaciones interactivas pensado para aprender física de otra manera.
Acá los conceptos no se quedan en la teoría: se pueden explorar, probar y ver en acción.
La idea es simple, usar la simulación como herramienta para entender mejor fenómenos de electricidad y magnetismo, de forma más clara e intuitiva.
Listado de simulaciones interactivas
Ley de Coulomb [back]
Objetivo: Visualizar y cuantificar la fuerza eléctrica entre dos cargas puntuales y comprender cómo depende de la magnitud de las cargas y de la distancia de separación entre ellas.
Descripción breve: Simulación interactiva que permite posicionar dos cargas puntuales, variar sus valores y su separación para observar la dirección y magnitud de la fuerza resultante mediante vectores y lecturas numéricas en tiempo real. La herramienta permite verificar la relación matemática:
Cómo usar (pasos):
- Seleccionar el signo y el valor de cada carga (\(q_1\) y \(q_2\)) mediante los selectores.
- Arrastrar las cargas en el espacio de trabajo o utilizar el control para modificar la distancia de separación \(r\).
- Activar o desactivar la visualización de los vectores de fuerza para observar la dirección de la interacción.
- Habilitar la visualización de la constante \(k_e\) y las unidades para realizar cálculos comparativos.
- Leer la magnitud de la fuerza en el panel de la interfaz para diferentes configuraciones.
Parámetros ajustables: Valor y signo de las cargas (\(q\)), distancia \(r\), unidades de medida, mostrar/ocultar vectores de fuerza y fórmulas representativas.
Resultados esperados / observaciones: Se comprueba que la fuerza es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia; si la distancia se duplica, la fuerza se reduce a la cuarta parte. Cargas de distinto signo presentan fuerzas de atracción, mientras que cargas de igual signo se repelen. Cualquier cambio en la magnitud de las cargas modifica la fuerza de forma proporcional.
Cálculo del Campo Eléctrico [back]
Objetivo: Visualizar y calcular el campo eléctrico resultante en un punto producido por una o varias cargas puntuales, y relacionarlo con el principio de superposición.
Descripción breve: Simulación interactiva que permite posicionar múltiples cargas puntuales (positivas o negativas) para observar sus vectores de campo individuales y el campo total resultante en puntos seleccionados. Proporciona lecturas numéricas de la magnitud y dirección del vector \(\mathbf{E}\), basándose en la expresión:
Cómo usar (pasos):
- Agregar, eliminar o mover cargas puntuales en el espacio de trabajo, seleccionando su signo y valor.
- Elegir puntos de observación o arrastrar un sensor para medir el campo en ubicaciones específicas.
- Activar o desactivar la visualización de los vectores de campo individuales y del vector resultante para comprender la suma vectorial.
- Consultar las lecturas numéricas y las fórmulas mostradas en la interfaz para verificar los cálculos manuales.
Parámetros ajustables: Valores y signos de las cargas (\(q_i\)), posiciones de las fuentes, punto de observación, escala de los vectores, mostrar/ocultar fórmulas y constantes físicas.
Resultados esperados / observaciones: Se verifica que el campo total es la suma vectorial de los campos individuales. La magnitud del campo decae con el cuadrado de la distancia (\(1/r^2\)) desde cada carga, y las direcciones reflejan el comportamiento de atracción o repulsión según la naturaleza de las fuentes.
Movimiento de Cargas en un Campo Eléctrico [back]
Objetivo: Analizar y visualizar la trayectoria y dinámica de una carga en movimiento bajo la acción de un campo eléctrico, conectando los conceptos de fuerza eléctrica con aceleración y energía.
Descripción breve: Simulación interactiva que permite configurar campos eléctricos uniformes o generados por cargas puntuales para estudiar el comportamiento de una partícula de prueba. Facilita la observación de la trayectoria, velocidad y aceleración en tiempo real, basándose en la segunda ley de Newton aplicada a la fuerza electrostática:
Cómo usar (pasos):
- Seleccionar el tipo de campo (uniforme o producido por cargas) y configurar su intensidad y dirección.
- Definir las propiedades de la partícula: carga (\(q\)), masa (\(m\)), posición y velocidad inicial.
- Iniciar la simulación para seguir la trayectoria; utilizar los controles de pausa o reinicio para analizar tramos específicos.
- Activar las visualizaciones de los vectores de fuerza, velocidad y aceleración, junto con las gráficas temporales (\(x(t)\), \(v(t)\) y energía).
Parámetros ajustables: Valor y signo de la carga (\(q\)), masa (\(m\)), velocidad inicial, posición, intensidad del campo eléctrico y escalas de visualización gráfica.
Resultados esperados / observaciones: La aceleración de la partícula es directamente proporcional a su carga e inversamente proporcional a su masa. Se pueden observar movimientos rectilíneos uniformemente variados o trayectorias curvas según la orientación de la velocidad inicial respecto al campo.
Flujo eléctrico [back]
Objetivo: Visualizar y cuantificar el flujo del campo eléctrico a través de superficies planas o cerradas, y comprender su dependencia con la intensidad del campo, el área de la superficie y el ángulo de inclinación (Ley de Gauss).
Descripción breve: Simulación interactiva que permite exponer una superficie de prueba a un campo eléctrico uniforme para calcular el flujo resultante. La herramienta facilita la comprensión de cómo el producto escalar entre el vector campo y el vector área determina el flujo, basándose en la fórmula:
Cómo usar (pasos):
- Configurar la intensidad y dirección del campo eléctrico uniforme mediante los controles deslizantes.
- Ajustar las dimensiones de la superficie (largo/ancho) para modificar el área de contacto.
- Rotar la superficie o cambiar la orientación del campo para observar cómo varía el ángulo \(\theta\) entre el vector normal y las líneas de campo.
- Activar la visualización de los vectores \(\mathbf{E}\), \(\mathbf{A}\) (normal) y el valor calculado del flujo \(\Phi\).
- Observar el comportamiento del flujo cuando la superficie es paralela o perpendicular a las líneas de campo.
Parámetros ajustables: Intensidad del campo eléctrico (\(E\)), área de la superficie (\(A\)), ángulo de inclinación (\(\theta\)), mostrar/ocultar vectores representativos, mostrar/ocultar líneas de campo y unidades de medida.
Resultados esperados / observaciones: El flujo es máximo cuando la superficie es perpendicular a las líneas de campo (\(\theta = 0^\circ\)) y nulo cuando es paralela (\(\theta = 90^\circ\)). El valor de \(\Phi\) es directamente proporcional a la intensidad de \(E\) y al área \(A\).
Ley de Gauss [back]
Objetivo: Comprender la relación fundamental entre el flujo eléctrico neto a través de una superficie cerrada (superficie gaussiana) y la carga eléctrica neta encerrada en su interior.
Descripción breve: Simulación interactiva que permite posicionar cargas puntuales dentro y fuera de diversas superficies cerradas (esferas, cilindros o cubos). La herramienta permite visualizar cómo las líneas de campo atraviesan la superficie elegida y calcula en tiempo real el flujo neto resultante, demostrando que este solo depende de la carga encerrada según la expresión:
Cómo usar (pasos):
- Seleccionar el tipo de superficie gaussiana (esférica, cilíndrica o cúbica) y ajustar su tamaño (radio o arista).
- Agregar cargas puntuales positivas o negativas al espacio de trabajo.
- Arrastrar las cargas para situarlas dentro o fuera del volumen delimitado por la superficie.
- Activar la visualización de las líneas de campo y los vectores diferenciales de área (\(d\mathbf{A}\)) en puntos específicos.
- Consultar el panel de datos para observar el valor del flujo neto (\(\Phi\)) y la sumatoria de carga encerrada.
Parámetros ajustables: Tipo de superficie, dimensiones de la superficie, número de cargas, valor y signo de cada carga (\(q_i\)), posición de las cargas, mostrar/ocultar líneas de fuerza y visualización de la constante \(\varepsilon_0\).
Resultados esperados / observaciones: El flujo neto es proporcional a la suma algebraica de las cargas internas. Las cargas situadas fuera de la superficie no contribuyen al flujo neto total (el flujo que entra es igual al que sale). El flujo permanece constante independientemente del tamaño de la superficie siempre que la carga encerrada no cambie.
Ley de Gauss: Carga Puntual [back]
Objetivo: Analizar la simetría esférica del campo eléctrico generado por una carga puntual y verificar que el flujo neto a través de una superficie gaussiana esférica depende exclusivamente del valor de dicha carga.
Descripción breve: Simulación interactiva que sitúa una carga puntual en el centro de una superficie esférica de radio variable. Permite visualizar la perpendicularidad entre el vector campo eléctrico y el vector diferencial de área en toda la superficie, facilitando el cálculo del flujo mediante la relación:
Es una herramienta ideal para demostrar por qué el campo eléctrico de una carga puntual decae con el cuadrado de la distancia \((1/r^2)\).
Cómo usar (pasos):
- Asignar un valor y signo a la carga central (\(q\)).
- Modificar el radio (\(r\)) de la superficie esférica gaussiana mediante el control deslizante.
- Activar la visualización de los vectores \(\mathbf{E}\) y \(d\mathbf{A}\) para comprobar que son paralelos en cualquier punto de la esfera.
- Observar el valor de la intensidad del campo eléctrico (\(E\)) en la superficie a medida que cambia el radio.
- Consultar el panel numérico para verificar que el flujo total (\(\Phi\)) permanece constante aunque el radio de la esfera cambie.
Parámetros ajustables: Magnitud y signo de la carga (\(q\)), radio de la esfera (\(r\)), mostrar/ocultar vectores, mostrar/ocultar líneas de campo y visualización de la densidad de flujo.
Resultados esperados / observaciones: El flujo eléctrico total es constante para un valor de \(q\) dado, sin importar el radio elegido. Al aumentar el radio, la intensidad del campo (\(E\)) disminuye, pero como el área (\(4\pi r^2\)) aumenta en la misma proporción, el flujo no varía. Esto confirma que el flujo depende solo de la fuente (la carga).
Campo Eléctrico y Potencial Eléctrico [back]
Objetivo: Explorar la relación geométrica y física entre el campo eléctrico (vectorial) y el potencial eléctrico (escalar), visualizando cómo las líneas de campo son siempre perpendiculares a las superficies equipotenciales.
Descripción breve: Simulación interactiva que permite configurar arreglos de cargas puntuales para observar simultáneamente el mapa de vectores de campo y el mapa de potencial (gradiente de color o líneas equipotenciales). Facilita la comprensión de que el campo eléctrico apunta en la dirección en la que el potencial disminuye más rápidamente, permitiendo identificar regiones de alto y bajo voltaje en torno a las cargas.
Cómo usar (pasos):
- Colocar una o más cargas (positivas/negativas) en el plano de trabajo para crear una configuración específica (ej. un dipolo).
- Activar la visualización de las “Líneas de Campo” para ver la dirección de la fuerza eléctrica.
- Activar la visualización de “Superficies Equipotenciales” (o usar un sensor de voltaje) para trazar líneas de igual potencial.
- Mover un sensor de prueba por el espacio para obtener lecturas numéricas de la intensidad del campo (\(E\)) y el valor del potencial (\(V\)) en puntos específicos.
- Observar cómo las líneas de campo cruzan las líneas equipotenciales formando siempre ángulos de \(90^\circ\).
Parámetros ajustables: Número de cargas, valor y signo de cada carga (\(q\)), posición de las cargas, visualización de malla (grid), mostrar/ocultar valores de voltaje, mostrar/ocultar vectores de campo y escala de colores para el potencial.
Resultados esperados / observaciones: Las líneas de campo nacen en cargas positivas (alto potencial) y mueren en cargas negativas (bajo potencial). Las superficies equipotenciales rodean a las cargas y nunca se cruzan entre sí. Se verifica visualmente que el campo eléctrico es el gradiente negativo del potencial, lo que significa que las cargas positivas “bajan” por la pendiente del potencial.
Gráfico de Superficies Equipotenciales y Líneas de Campo [back]
Objetivo: Trazar y analizar la configuración espacial de las líneas de campo eléctrico y las superficies equipotenciales para diferentes distribuciones de carga puntual, comprendiendo su relación de ortogonalidad.
Descripción breve: Herramienta interactiva que permite al usuario “dibujar” el mapa electrostático de un sistema. Al colocar cargas en el plano, la simulación genera las líneas de fuerza que indican la dirección del campo \(\mathbf{E}\) y permite identificar los puntos de igual potencial \(V\), demostrando que el trabajo necesario para mover una carga sobre una superficie equipotencial es nulo.
Cómo usar (pasos):
- Arrastrar cargas positivas y negativas al área de trabajo para crear configuraciones como dipolos, cuadripolos o cargas lineales.
- Utilizar la herramienta de “Sensor de Potencial” para marcar puntos en el espacio; la simulación trazará automáticamente la línea equipotencial que pasa por ese punto.
- Activar la superposición de “Líneas de Campo” para observar cómo estas parten de las cargas positivas y llegan a las negativas.
- Verificar con la herramienta de ángulo que en cada intersección, la línea de campo y la equipotencial forman \(90^\circ\).
- Limpiar el lienzo para probar configuraciones de cargas de igual signo y observar los puntos de equilibrio (donde el campo es nulo).
Parámetros ajustables: Valor de las cargas (\(q\)), posición de las fuentes, densidad de líneas de campo, precisión del trazado de equipotenciales y visualización de valores numéricos de voltaje.
Resultados esperados / observaciones: Se debe observar que las superficies equipotenciales nunca se cruzan entre sí y que son más densas en las regiones donde el campo eléctrico es más intenso. La simulación confirma que las líneas de campo son siempre normales a las equipotenciales en todo punto del espacio.
Dieléctricos en Capacitor [back]
Objetivo: Analizar el efecto de la polarización de los materiales aislantes (dieléctricos) en la capacidad de almacenamiento de un condensador y en la intensidad del campo eléctrico resultante.
Descripción breve: Simulación interactiva que permite introducir diferentes bloques de materiales entre las placas de un capacitor. Visualiza cómo las moléculas del dieléctrico se orientan generando un campo inducido que se opone al campo externo, reduciendo la diferencia de potencial y aumentando la capacitancia según el factor \(\kappa\):
Cómo usar (pasos):
- Cargar el capacitor conectándolo a una batería de voltaje \(V\).
- Seleccionar un material dieléctrico (vidrio, teflón, papel o personalizado) con una constante \(\kappa\) específica.
- Deslizar el bloque dieléctrico hacia el interior del espacio entre las placas y observar el cambio en los medidores de capacitancia y carga.
- Activar la vista de “Cargas Relativas” para observar cómo aparecen cargas ligadas en las superficies del dieléctrico debido a la polarización.
- Comparar los resultados cuando el capacitor está conectado a la batería (voltaje constante) frente a cuando está desconectado (carga constante).
Parámetros ajustables: Voltaje de la fuente, constante dieléctrica (\(\kappa\)), posición del dieléctrico (parcial o totalmente insertado) y visualización de vectores de campo eléctrico total e inducido.
Resultados esperados / observaciones: La introducción del dieléctrico siempre aumenta la capacitancia. Si el capacitor está aislado, el voltaje disminuye; si permanece conectado, la carga almacenada aumenta. Se verifica visualmente que el material dieléctrico reduce el campo eléctrico neto en su interior.
Asociación de Capacitores: Serie y Paralelo [back]
Objetivo: Comprender el comportamiento de los sistemas de almacenamiento de energía mediante el análisis de configuraciones en serie y paralelo, y calcular la capacitancia equivalente resultante.
Descripción breve: Simulación interactiva que permite configurar arreglos de dos o más capacitores. Facilita la observación de cómo se distribuye la carga \(Q\) y la diferencia de potencial \(V\) según el tipo de conexión, verificando las relaciones matemáticas fundamentales:
Cómo usar (pasos):
- Seleccionar el modo de conexión (Serie o Paralelo) en el panel de control.
- Ajustar los valores de capacitancia para cada componente utilizando los controles deslizantes.
- Observar cómo cambia la energía almacenada total y la carga en cada placa según la configuración elegida.
- Activar la visualización de “Capacitor Equivalente” para comparar el sistema complejo con un único componente representativo.
- Utilizar el voltímetro virtual para medir la caída de tensión en cada capacitor individual.
Parámetros ajustables: Capacitancia de cada unidad (\(\mu F\)), voltaje de la fuente, tipo de circuito (serie/paralelo) y visualización de carga acumulada.
Resultados esperados / observaciones: En paralelo, la capacitancia total siempre es mayor que la mayor de las capacitancias individuales. En serie, la capacitancia equivalente es siempre menor que la menor de las individuales. Además, se puede comprobar que en serie la carga es la misma para todos, mientras que en paralelo el voltaje es constante.
Ley de Ohm [back]
Objetivo: Verificar la relación lineal entre el voltaje, la corriente y la resistencia en un circuito eléctrico simple, y comprender cómo cada parámetro afecta el flujo de carga.
Descripción breve: Simulación interactiva que muestra de manera macroscópica y microscópica cómo la variación de la diferencia de potencial \(V\) y la resistencia \(R\) modifican la intensidad de la corriente \(I\). Utiliza una representación visual donde el tamaño de las variables en la ecuación cambia proporcionalmente a sus valores físicos, permitiendo una comprensión intuitiva de la relación:
Cómo usar (pasos):
- Ajustar el voltaje de la fuente (\(V\)) mediante el control deslizante y observar el cambio en la intensidad de la corriente.
- Modificar el valor de la resistencia (\(R\)) del componente y notar cómo se dificulta o facilita el paso de los portadores de carga.
- Observar el tamaño de las letras \(V\), \(I\) y \(R\) en la fórmula principal para visualizar la proporcionalidad directa e inversa.
- Consultar las lecturas numéricas de los medidores integrados (Voltios, Amperios y Ohmios) para realizar cálculos manuales y compararlos con la simulación.
Parámetros ajustables: Voltaje de la batería (\(V\)), valor de la resistencia (\(R\)), mostrar/ocultar etiquetas de unidades y visualización del flujo de carga.
Resultados esperados / observaciones: La corriente es directamente proporcional al voltaje e inversamente proporcional a la resistencia. A mayor resistencia (con voltaje constante), la corriente disminuye; si se aumenta el voltaje (manteniendo la resistencia), la corriente aumenta de forma lineal.
Ley de Ohm: Resistencia y Lámpara [back]
Objetivo: Comparar el comportamiento de un conductor óhmico (resistencia fija) frente a uno no óhmico (lámpara), analizando cómo varía la corriente en función del voltaje en ambos casos.
Descripción breve: Simulación experimental que permite recolectar datos de voltaje \(V\) y corriente \(I\) para dos componentes distintos. Mientras que el resistor mantiene una relación lineal constante, la lámpara muestra cómo el aumento de temperatura afecta su resistencia, permitiendo verificar la Ley de Ohm y sus límites prácticos.
Cómo usar (pasos):
- Seleccionar el componente a probar (Resistencia o Lámpara) en el tablero de conexiones.
- Variar el voltaje de la fuente de alimentación utilizando el dial o control deslizante.
- Registrar los valores de corriente indicados por el amperímetro para cada nivel de voltaje.
- Observar el brillo de la lámpara; a medida que aumenta el voltaje, el filamento se calienta y su resistencia cambia.
- Utilizar los datos obtenidos para graficar la curva característica \(V\) vs \(I\) y determinar si el comportamiento es lineal.
Parámetros ajustables: Voltaje de la fuente, tipo de componente (Resistor/Lámpara), visualización de instrumentos de medición y escalas de los multímetros.
Resultados esperados / observaciones: Para el resistor, la gráfica \(V\) vs \(I\) será una línea recta cuya pendiente es la resistencia. Para la lámpara, la curva se desviará de la linealidad debido al efecto Joule, demostrando que la resistencia del filamento aumenta con la temperatura.
Laboratorio Virtual de Ley de Ohm y Circuitos [back]
Objetivo: Construir y analizar circuitos eléctricos complejos para verificar la validez de la Ley de Ohm y las Leyes de Kirchhoff en un entorno controlado.
Descripción breve: Laboratorio virtual interactivo que proporciona una mesa de trabajo con componentes reales (baterías, resistencias, cables e interruptores). Permite realizar mediciones precisas de voltaje e intensidad, facilitando el estudio de cómo la configuración del circuito afecta el comportamiento de las variables eléctricas:
Cómo usar (pasos):
- Seleccionar y arrastrar componentes desde el inventario hacia el área de trabajo.
- Conectar los elementos mediante cables para formar lazos cerrados.
- Utilizar el voltímetro (en paralelo) y el amperímetro (en serie) para medir los parámetros en diferentes puntos del circuito.
- Modificar los valores internos de las resistencias y el voltaje de la fuente haciendo clic sobre cada componente.
- Cambiar entre la vista de “Componentes Reales” y “Símbolos Esquemáticos” para familiarizarse con la representación técnica de circuitos.
Parámetros ajustables: Resistencia de cada componente, voltaje de la batería, resistencia interna de la fuente, resistencia de los cables y visualización del flujo de electrones o corriente convencional.
Resultados esperados / observaciones: El estudiante podrá comprobar que la corriente total depende de la resistencia equivalente del arreglo. La simulación permite identificar visualmente errores comunes, como cortocircuitos (representados por fuego o cables rojos), y verificar que la suma de las caídas de tensión en un lazo cerrado es igual al voltaje de la fuente.
Circuito RC: Carga y Descarga [back]
Objetivo: Estudiar la respuesta temporal de un circuito compuesto por una resistencia y un capacitor, analizando los procesos de almacenamiento y liberación de energía.
Descripción breve: Simulación interactiva que permite observar cómo el voltaje y la corriente varían con el tiempo durante la carga y descarga de un capacitor. Facilita la comprensión de la constante de tiempo \(\tau = R \cdot C\), que determina la rapidez con la que el sistema alcanza su estado estacionario.
Cómo usar (pasos):
- Configurar los valores de la resistencia (\(R\)) y la capacitancia (\(C\)) del circuito.
- Accionar el interruptor hacia la posición de “Carga” para observar cómo el voltaje en el capacitor aumenta gradualmente.
- Cambiar el interruptor a “Descarga” para ver cómo la energía almacenada se disipa a través de la resistencia.
- Utilizar el cronómetro y los gráficos en tiempo real para medir el tiempo que tarda el voltaje en alcanzar el \(63.2\%\) de su valor máximo (\(\tau\)).
- Observar el comportamiento de la corriente, notando que es máxima al inicio y tiende a cero a medida que el capacitor se carga.
Parámetros ajustables: Voltaje de la fuente, resistencia (\(\Omega\)), capacitancia (\(F\)), posición del interruptor y escalas de los ejes en los gráficos de \(V\) vs \(t\) e \(I\) vs \(t\).
Resultados esperados / observaciones: Se verifica que una mayor resistencia o una mayor capacitancia aumentan la constante de tiempo, haciendo que el proceso sea más lento. Las curvas exponenciales obtenidas permiten validar experimentalmente las ecuaciones teóricas de carga y descarga de un circuito RC.
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