Si no está familiarizado con la relatividad especial, no hay forma de explicar realmente este fenómeno. Lo mejor que podría hacer es darle reglas impregnadas de ideas esotéricas como “campo electromagnético” e “invariancia de Lorentz”. Por supuesto, esto no es lo que buscas, y con razón, ya que la física nunca debería ser sobre aceptar reglas transmitidas desde lo alto sin justificación.
El hecho es que el magnetismo no es más que electrostática combinada con una relatividad especial . Desafortunadamente, no encontrarás muchos libros que expliquen esto: o los autores creen erróneamente que las ecuaciones de Maxwell no tienen justificación y deben ser aceptadas por fe, o están demasiado atrapados en su propia notación esotérica para detenerse a considerar lo que están diciendo. El único libro que conozco que trata el tema correctamente es Electricidad y magnetismo de Purcell, que fue relanzado recientemente en una tercera edición. (La segunda edición funciona bien si puedes encontrar una copia).
Un breve resumen heurístico de la idea es el siguiente. Suponga que hay una línea de cargas positivas que se mueve a lo largo del eje z [matemático] z [/ matemático] en la dirección positiva: una corriente. Considere una carga positiva q [matemática] q [/ matemática] ubicada en (x, y, z) = (1,0,0) [matemática] (x, y, z) = (1,0,0) [/ matemática], moviéndose en la dirección negativa z [matemática] z [/ matemática]. Podemos ver que habrá una fuerza electrostática en q [matemáticas] q [/ matemáticas] debido a todas esas cargas.
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Pero intentemos algo loco: pasemos al marco de referencia de q [math] q [/ math]. Después de todo, las leyes de la física deberían ser válidas para todos los puntos de vista. Claramente, las cargas que constituyen la corriente se moverán más rápido en este marco. Pero eso no hace mucho, ya que después de todo, la fuerza de Coulomb claramente no se preocupa por la velocidad de las cargas, solo en su separación. Pero la relatividad especial nos dice algo más. Dice que las cargas actuales aparecerán más juntas. Si estaban separados por intervalos Δz [matemática] Δz [/ matemática] en el cuadro original, entonces en este nuevo cuadro tendrán un espaciamiento Δz1 − v2 / c2 −−−−−−−− √ [matemática] Δz1− v2 / c2 [/ math], donde v [math] v [/ math] es la velocidad de q [math] q [/ math] en el cuadro original. Esta es la famosa contracción de longitud predicha por la relatividad especial.
Si las cargas actuales aparecen más juntas, entonces claramente q [math] q [/ math] sentirá una fuerza electrostática más grande del eje z [math] z [/ math] en su conjunto. Experimentará una fuerza adicional en la dirección positiva x [matemática] x [/ matemática], lejos del eje, más allá de lo que habríamos predicho con solo sentarnos en el marco del laboratorio. Básicamente, la ley de Coulomb es la única ley de fuerza que actúa sobre una carga, pero solo el marco de descanso de la carga es válido para usar esta ley para determinar qué fuerza siente la carga.
En lugar de transformarse constantemente de un lado a otro entre cuadros, inventamos el campo magnético como un dispositivo matemático que logra lo mismo. Si se define correctamente, explicará por completo esta fuerza anómala aparentemente experimentada por la carga cuando la estamos observando no en su propio marco de descanso. En el ejemplo que acabo de leer, la regla de la derecha le dice que deberíamos atribuir un campo magnético a la corriente que rodea el eje z [matemático] z [/ matemático] de modo que apunte al positivo y [matemático] y [/ math] -dirección en la ubicación de q [math] q [/ math]. La velocidad de la carga está en la dirección negativa z [matemática] z [/ matemática], y entonces qv⃗ × Bth [matemática] qv → × B → [/ matemática] apunta en el positivo x [matemática] x [/ matemática ] -dirección, tal como aprendimos al cambiar los marcos de referencia.
