Tarea 1 (Ley de Coulomb)

CO L EG I O D E B AC H IL L E R E S
PL ANT E L No . 15 “ CO NT RE R AS ”
T AR E A 1 D E F I SI C A I II ( U NI D AD I)
Tarea 1 (Ley de Coulomb)
1. Introducción
Aún cuando los fenómenos electrostáticos fundamentales eran ya conocidos en la época de Charles
Coulomb (1736-1806), no se conocía aún la proporción en la que esas fuerzas de atracción y repulsión
variaban. Fue este físico francés quien, tras poner a punto un método de medida de fuerzas sensible a
pequeñas magnitudes, lo aplicó al estudio de las interacciones entre pequeñas esferas dotadas de carga
eléctrica. El resultado final de esta investigación experimental fue la ley que lleva su nombre y que describe las
características de las fuerzas de interacción entre cuerpos cargados.
2. Definición de la Ley de Coulomb
Mediante una balanza de torsión, Coulomb
encontró que la fuerza de atracción o repulsión
entre dos cargas puntuales (cuerpos cargados
cuyas
dimensiones
son
despreciables
comparadas con la distancia r que las separa) es
directamente proporcional al producto de las
cargas e inversamente proporcional al cuadrado
de la distancia que las separa. Es decir:
Cuando se consideran dos cuerpos cargados
(supuestos puntuales), la intensidad de las
fuerzas atractivas o repulsivas que se ejercen
entre sí es directamente proporcional al producto
de sus cargas e inversamente proporcional al
cuadrado de las distancias que las separa,
dependiendo además dicha fuerza de la
naturaleza
del
medio
que
les
rodea.
Matemáticamente se expresa:
En donde:
F = Fuerza electrostática entre cargas puntuales
q1 = q2 = Cargas puntuales
r = Distancia de separación entre las cargas puntuales
Newton (N)
Coulomb (C)
Metros (m)
K = Constante electrostática
Archivo: t1fis3.doc
Elaboró: Prof.: Raúl González R.
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3. Balanza de Torsión.
La balanza de torsión es un aparatito muy simple. Consiste de
una barra que cuelga de un hilo que puede torcerse. Si la barra gira,
el hilo tiende a regresarla a su posición original. Cuando llegamos a
conocer la fuerza de torsión que el alambre ejerce sobre la barra,
tenemos un mecanismo muy sensible para medir fuerzas. Podemos,
por ejemplo, colocar una partícula cargada en uno de los extremos de
la barra y acercarle un imán u otra carga. Con este dispositivo tan
sencillo se han hecho tres experimentos de gran importancia en la
1
historia de la física. Charles Coulomb, ingeniero militar francés,
inventó la balanza de torsión en 1777, y puso este delicado
instrumento al servicio de la electricidad. Coulomb buscaba mejorar la
brújula de los marinos y para ello experimentaba con cargas
eléctricas. Colocó una pequeña esfera cargada en la barra de la
balanza y luego, a diferentes distancias, otra esferita igualmente
cargada. Entonces midió la fuerza entre ellas, fijándose en el ángulo
en que la barra giraba. Así encontró en 1785 la ley que rige la fuerza
entre dos cargas eléctricas, ley que llamamos de Coulomb en su
honor, y que afirma que la fuerza es proporcional al producto de las
cargas y disminuye con el cuadrado de la distancia entre ellas. Como
en la naturaleza existen dos tipos de cargas, que por convención
llamamos positivas y negativas, la ley de Coulomb nos dice también
que cargas iguales se repelen y las de signo contrario se atraen.
Además, la fuerza eléctrica es, como toda fuerza, un vector que tiene
dirección; ésta apunta a lo largo de la línea que une las dos cargas.
4. Prefijos utilizados en la Ley de Coulomb
Recuerda que en la Ley de Coulomb se utilizan los prefijos griegos para facilitar la representación
numérica de las cargas eléctricas. También se utilizarán los Múltiplos en el tema “Ley de Ohm”. A continuación
se enlista su significado.
Tabla de Submúltiplos
Nombre
Valor
Símbolo
-1
deci
1X10
d
-2
centi
1X10
c
-3
mili
1X10
m
-6
micro
1X10
µ
-9
nano
1X10
n
-12
pico
1X10
p
-15
fempto
1X10
f
-18
atto
1X10
a
-21
zepto
1X10
z
-24
yocto
1X10
y
Archivo: t1fis3.doc
Elaboró: Prof.: Raúl González R.
Tabla de Múltiplos
Nombre
Valor Símbolo
1
deca
1X10
da
2
hecto
1X10
h
3
kilo
1X10
k
6
mega
1X10
M
9
giga
1X10
G
12
tera
1X10
T
15
peta
1X10
P
18
exa
1X10
E
21
zeta
1X10
Z
24
yatta
1X10
Y
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5. Ley de Coulomb (Problemas propuestos)
1. Una carga puntual positiva, q1 = 0.23
2.
, se coloca a una distancia r = 3 cm de otra carga también
. Calcular la fuerza electrostática entre las cargas.
puntual pero negativa, q2 = -0.60
Dos cargas puntuales negativas, cuyos valores son q1 = -4.3
y q2 = -2.0
, están situadas en
el aire y separadas una distancia r = 30 cm. ¿Cuál es el valor de esta fuerza?
3. Dos cargas eléctricas puntuales se encuentran separadas una distancia de
m, y se repelen
con una fuerza de
N. Suponga que la distancia entre ellas se aumenta a
m. a)
¿Cuántas veces se incremento la distancia entre las cargas? b) ¿La fuerza entre las cargas aumentó
o diminuyó?¿Cuántas veces? c) Entonces ¿cuál es el nuevo valor de la fuerza de repulsión entre las
cargas?
4. ¿Cual será la distancia que separa a dos cargas cuyos valores son q1 =
=
, existiendo entre ellas una fuerza de atracción de
y q2
N.
5. Calcule el valor de una carga que ejerce una fuerza de atracción sobre otra carga cuyo valor es de
6.
7.
870
, sabiendo que la fuerza tiene una magnitud de 0.067N y que las cargas están separadas
0.83 dm.
Calcule el valor de dos cargas cuantitativamente iguales, repeliéndose con una fuerza equivalente a
0.0325 N, encontrándose separadas en el aire una distancia de 14 cm.
¿Cuál será la distancia que separa a dos cargas cuyos valores son: q1 = 5600
y q2 = 380
,
sabiendo que entre ellas se manifiesta una fuerza eléctrica de 0.516 Dinas?
Esta tarea esta disponible en:
Archivo: t1fis3.doc
Elaboró: Prof.: Raúl González R.
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