Los conceptos de campo

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Gilbert describió la acción de la piedra imán diciendo que tenía una “esfera de influencia” alrededor de ella. Con esto quería decir que cualquier otro objeto magnético que entrase en esta “esfera” sería atraído por la piedra imán. Además, la intensidad de la fuerza atractiva sería mayor cuanto más cercano estuviese del imán. En términos actuales diríamos que la piedra imán está rodeada por un campo magnético. Experimentalmente podemos visualizar fácilmente un campo magnético o, más precisamente, la parte del mismo que intersecta el plano de una mesa, colocando sobre ésta un imán (idealmente con una forma regular) y esparciendo limaduras de hierro alrededor.

La palabra “campo” se usa de maneras muy diversas y puede llevar a confusión, por lo que merece la pena que nos detengamos un momento en ella. Empezaremos por el uso común de la palabra para ir introduciendo después, de forma paulatina sus significados en física (efectivamente, sigue teniendo más de un sentido incluso en física). Este pequeño ejercicio nos permite de paso recordar que la mayoría de los términos usados en física son adaptaciones de palabras usadas en la vida ordinaria, pero a las que se dota de significados específicos. Otros ejemplos son velocidad, aceleración, fuerza, energía o trabajo. Comprender las diferencias entre el término físico y el común es fundamental para entender la física.

Uno de los usos comunes más frecuentes de la palabra campo (sobre todo en España) es “campo de juego” (en Iberoamérica quizás sea más frecuentemente “cancha”). Un campo de fútbol, por ejemplo, es un lugar donde dos equipos compiten según unas reglas que confinan la acción al área del campo. “Campo” en este caso significa región de interacción.

Otro uso habitual de la palabra campo se encuentra en el mundo de la geopolítica. En política internacional se habla de “esferas” o “campos” de influencia. Un campo de influencia política es también una región de interacción pero, a diferencia de un campo de juego, no posee una línea definida que marque sus límites. Unos países tienen más influencia que unos y menos que otros países. Por ello en el sentido político “campo” se refiere también a la cantidad de influencia, más en unos lugares y menos en otros. Además, en el caso político, el campo tiene una fuente, el país que ejerce la influencia.

los conceptos de campo

Ya encontramos aquí similitudes con los conceptos de campo que se usan en física. Pero también con una diferencia importante. Para definir un campo en física tiene que ser posible asignar un valor numérico a la intensidad del campo en cada punto del campo. Esta parte del concepto de campo es más fácilmente entendible si consideramos dos situaciones de la vida cotidiana, primero en lenguaje ordinario y luego en términos físicos:

a) Voy andando por la acera, de noche, hacia una farola encendida. Veo que hay más luz conforme me acerco a ella.

b) Estoy quieto en una acera y oigo un coche que pasa de largo tocando la bocina de forma continua. Oigo que el sonido va aumentando de intensidad y luego disminuye.

Podemos describir estas dos situaciones usando campos:

a) La farola está rodeada por un campo de iluminación. Cuanto más cerca estoy de ella, más fuerte es el campo de iluminación que registra mi ojo o el medidor de intensidad de luz (fotómetro) que llevo conmigo. A cada punto del espacio alrededor de la farola puedo asignar un número que representa la intensidad del campo de iluminación en ese lugar.

b) La bocina del coche está rodeada por un campo de sonido. Yo estoy quieto en mi marco de referencia (la acera). Conforme el coche pasa a mi lado con él se mueve un patrón de valores de campo con la misma velocidad que el coche. Esto es, el campo de sonido es estable pero se mueve con la bocina. En cualquier caso yo puedo asignar un número a cada punto del campo para representar la intensidad del sonido. Al principio el sonido es apenas audible conforme la parte más débil del campo me alcanza. A partir de ahí comienza a subir la intensidad del campo y el sonido parece más fuerte. Finalmente, la intensidad disminuye al alejarse el campo de sonido y su fuente (la bocina).

Démonos cuenta de que en los campos que hemos considerado ambos están producidos por una sola fuente. En a) la fuente es una farola estacionaria y en b) es una bocina en movimiento. En ambos casos la intensidad del campo aumenta gradualmente conforme mi distancia a la fuente disminuye. Asociamos un valor numérico a cada punto del campo: estamos ante ejemplos de campos escalares sencillos. El concepto de dirección no aparece asociado al valor del campo en cada punto.

Entre los dos mapas que encuentras a continuación hay una diferencia significativa entre los campos representados en ambos. En el primero, en el que se representa la presión atmosférica y en el que las líneas (isobaras) unen puntos con igual valor de la presión, un solo número (una cantidad escalar) da el valor del campo en cada punto. Pero en el segundo, en el campo de la velocidad del viento, el valor del campo viene dado tanto por un valor numérico (llamado magnitud, representado por la escala de colores) y una dirección (representada por las flechas); la combinación de magnitud y dirección es lo que constituye un vector y por ello el campo de llama vectorial.

Presión atmosférica

Presión atmosférica

Velocidad del viento

Velocidad del viento

Finalmente, los físicos usan la palabra “campo” en tres sentidos adicionales a la definición de campo que hemos visto:

1) el valor del campo en un punto del espacio;

2) el conjunto de todos los valores en todos los puntos del espacio donde existe el campo;

3) la región del espacio en las que el campo toma valores distintos de cero.

Habitualmente, el contexto deja claro a cual de los conceptos de campo nos estamos refiriendo.

Sobre el autor: César Tomé López es divulgador científico y editor de Mapping Ignorance

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