Otra experiencia con imanes

Introducción
El procedimiento es bien sencillo; basta tomar un imán que pueda rodar, como un cilindro, una esfera o un disco suficientemente alto y dejarlo caer por un plano inclinado intentando que lo haga en línea recta. La única desventaja de una esfera es que puede hacer más difícil la interpretación.
Para que el movimiento del imán no se complique con efectos que aquí no nos interesan hay que colocarse lejos de cualquier otro imán o material que contenga hierro (cuidado, por ejemplo, con los tornillos de la mesa).

Figura 1. Imán cilíndrico en un plano inclinado

Los detalles exactos no son muy importantes, pero conviene que el plano sea ancho, no muy corto y de inclinación escasa. Pueden servir un par de centímetros de altura para un plano de unos cuarenta de largo. Ayuda que el imán sea más bien potente pero no en exceso, como el de una linterna de inducción, de las que a veces pueden extraerse los imanes. Se pueden usar imanes "de neodimio" (que en realidad están hechos de una aleación de hierro, boro y neodimio), muy potentes y que ya no son muy difíciles de encontrar, pero el efecto también es observable con imanes convencionales ("de ferrita").

Figura 2.  Linterna de inducción

Hay que repetir la experiencia poniendo siempre el máximo cuidado en que el imán caiga en línea recta y variando la orientación del plano. ¿Qué se observa? ¿A qué se puede deber? Sería una buena cosa usar como referencia un objeto no magnético similar al imán en forma, masa, etc.
Unas pistas
Podemos colocar lo más lejos posible del imán una brújula y fijarnos en si hay alguna orientación u orientaciones especiales. Si las hay, nos dirán mucho sobre la posible causa del fenómeno.
Para este tipo de imanes con los que estamos trabajando se pueden definir un polo norte y un polo sur que están en extremos opuestos de sus ejes. Dibujemos una flecha para marcar esta dirección (fig. 3). Los imanes de las linternas de inducción suelen ser "de neodimio" y por tanto bastante frágiles, así que no es extraño que tengan alguna marca. En caso contrario, pintemos una de las bases de modo que se puedan distinguir dos orientaciones posibles al dejar caer el cilindro. ¿Qué sucede al cambiar la orientación del imán sin variar la del plano inclinado?

Figura 3.  Dos orientaciones posibles del imán. La flecha tiene la dirección del eje del imán y pasa por sus polos.

Y una solución...
Supongamos que hemos sido cuidadosos al alejar de nuestro imán cualquier perturbación; el plano es liso y su inclinación uniforme, no hay imanes ni hierro cerca de él... Por más que intentemos que caiga en línea recta no lo lograremos, salvo en una orientación especial del plano que resulta ser perpendicular al norte según la brújula (y entonces el eje del imán es paralelo a la aguja de la brújula, es decir, al norte magnético). Por contra, cuando el plano está orientado en la dirección norte - sur (y el eje del imán es perpendicular a esa dirección) la desviación es máxima. Además, al cambiar la orientación del imán (fig. 4), cambia el sentido de la desviación.

Figura 4.  Efecto de cambiar la orientación del imán en la posición de máxima desviación mientras el imán gira intentando alinearse con la dirección norte - sur.

Con todo lo anterior, parece una buena hipótesis suponer que una causa posible de la desviación del imán es otro imán que hasta ahora no hemos tenido en cuenta, la Tierra.
La Tierra tiene un campo magnético (fig. 5) similar al de un imán de barra o al de nuestro imán cilíndrico y este último, igual que la aguja de la brújula, tiende a alinearse con el "imán Tierra" o, más exactamente, a colocarse antiparalelo a él; su polo sur hacia el polo norte terrestre.

Figura 5.  El campo magnético terrestre y el "imán Tierra"

El campo magnético terrestre en la superficie (B en la figura 5) está dirigido más o menos a lo largo de los paralelos y hacia el interior de la Tierra, así que es incorrecto decir que la brújula apunta en la dirección de ese campo, pero eso no introduce modificaciones sustanciales. La brújula señala la dirección de la componente horizontal del campo magnético (B_h), de igual manera que intenta hacer el eje de nuestro imán.
Si hacemos la experiencia con un imán de disco (o anillo) muy potente y el rozamiento entre éste y el plano no es muy grande, veremos como el imán intenta alinearse con el campo magnético de una manera aún más llamativa.
Algo más...
Si utilizamos un plano inclinado que sea buen conductor eléctrico, por ejemplo de aluminio, y un imán potente nos llevaremos una sorpresa extra. ¿Por qué sucede eso...?