8.4
En electromagnetismo, las líneas de campo eléctrico—que representan la dirección de la fuerza eléctrica—son siempre perpendiculares a las líneas equipotenciales, a lo largo de las cuales la energía potencial permanece constante.
Estos dos conjuntos de rectas se intersectan en ángulo recto, formando trayectorias ortogonales.
Para entender el concepto matemáticamente, consideremos una familia de parábolas que se abren a lo largo del eje x, escrita como x = ky², donde k es una constante.
Derivar la ecuación respecto a x da la pendiente de la tangente en cualquier punto de una parábola.
Para generalizar el resultado para todos los miembros de la familia, eliminar k da una pendiente expresada en términos de x e y.
La dirección perpendicular a esta pendiente está dada por el recíproco negativo.
Sustituyendo y/2x en la expresión de pendiente y reorganizando se obtiene la ecuación para las trayectorias ortogonales de las parábolas
Integrar esta ecuación da una expresión general que muestra una familia de elipses centrada en el origen.
Estas elipses intersectan las parábolas en ángulo recto, reflejando la forma en que las líneas de campo eléctrico se cruzan con superficies equipotenciales en sistemas físicos reales.
Las trayectorias ortogonales describen la relación geométrica entre dos familias de curvas que se intersectan en ángulos rectos. Un ejemplo ilustrativ…
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