Electrósta cica

http://www.scribd.com/doc/11603913/Manual-Laboratorio-Fisica-1
http://www.scribd.com/doc/2529833/Guia-de-ejercicios-Ley-de-Coulomb
Ley de Coulomb, Ejemplo de su Aplicación
Suponga que se tiene tres cargas puntuales localizadas en los vértices de un
triángulo recto, como se muestra en la figura, donde q 1 = -80 C, q2 = 50 C y
q3 = 70 C, distancia AC = 30 cm, distancia AB = 40 cm. Calcular la fuerza sobre
la carga q3debida a las cargas q1 y q2.
Las direcciones de las fuerzas sabemos coinciden con las líneas que unen a cada
par de cargas puntuales. La fuerza que q1 ejerce sobre q3, F31, es de atracción. La
fuerza que q2 ejerce sobre q3, F32, es de repulsión. Así, las fuerzas F31 y F32 tienen
las direcciones que se indican. La separación entre q3 y q1 se obtiene de (CB)2 =
(AC)2 + (AB)2 = (0.3 m)2 + (0.4 m)2, de donde CB = 0.5 m.
Las magnitudes de tales fuerzas son:
F31 = [(9x109 Nm2 /C2)(80x10-6 C)(70x10-6 C)]/ (0.5 m)2
= 201.6 N
F32 = [(9x109 Nm2 /C2)(5 0x10-6 C)(70x10-6 C)]/ (0.3 m)2
= 350 N
Conviene disponer ejes coordenados xy tal como se indica en la figura, con el
origen en la carga donde deseamos calcular la fuerza resultante, en este caso en
q3.
Llamando F3 a la fuerza resultante sobre q3, entonces F3
= F31 + F32 . Luego, en términos de componentes x e y :
F3x = F31x + F32x
F3y = F31y + F32y
F31x = F31cos = (201.6 N)x(40/50) = 161.3 N ; F31y
= - F31sen = -201.6x30/50 = -121 N
F32x = 0 ; F32y = F32 = 350 N
F3x = 161.3 N + 0 = 161.3 N ; F3y = -121 N + 350 N = 229 N
La magnitud de la fuerza neta F3 se obtiene de (F3)2
= (F3x)2 + (F3y>)2, resultando F3 = 280 N. El ángulo de esta fuerza se obtiene de
tg = F3y/ F3x= 229/161.3
= 1.42 ==> = 54.8º.
EJERCICIOS DE LEY DE COULOMB
1.- El átomo normal de hidrógeno tiene un protón en su núcleo y un electrón
en su órbita. Suponiendo que la órbita que recorre el electrón es circular y que
la distancia entre ambas partículas es 5,3x10-11(m), hallar: a) la fuerza
eléctrica de atracción entre el protón y el electrón, b) la velocidad lineal del
electrón. La masa del electrón es 9,11x10-31(kg). (8,2x10-8N; 2,2x106m/s)
2.- Hallar la relación entre la fuerza eléctrica F(e) y la gravitatoria F(g) (o
peso) entre dos electrones. (F(e) = 4,16x1042F(g))
3.- Dos esferillas iguales e igualmente cargadas, de 0,1 gr de masa cada una,
se suspenden del mismo punto mediante hilos de 13 cm de longitud. Debido a
la repulsión entre ambas, las esferillas se separan 10 cm. Hallar la carga de
cada una de ellas. (2,1x10-8C)
4.- Hallar: a) la intensidad del campo eléctrico E, en el aire, a una distancia
de 30 cm de la carga q1 = 5x10-9C, b) la fuerza que actúa sobre una carga q2 =
4x10-10C situada a 30 cm de q1. (500N/C; 2x10-7N)
5.- a) Hallar la intensidad del campo eléctrico en el aire entre dos cargas
puntuales de 20x10-8 y -5x10-8 C, distantes 10 cm. Calcular seguidamente la
fuerza que actúa sobre una carga de 4x10-8 C, situada en el punto medio del
segmento que une las cargas dadas. b) Si en lugar de la carga de -5x10-8 C se
coloca otra de 5x10-8 C, calcular la intensidad del campo y la fuerza resultante
sobre la carga de 4x10-8 C. (9x105N/C hacia la derecha; 3,6x10-2N hacia la
derecha; 54x104N/C hacia la derecha; 2,2x10-2 hacia la derecha)
6.- Calcular el número de electrones que suman una carga eléctrica de 1 C.
Hallar la masa y el peso de tales electrones. (6,2x1018 electrones; 5,7x10-12 kg;
5,6x10-11 N)
7.- Hallar la fuerza ejercida entre dos cargas iguales de 1C separadas en el
aire una distancia de 1 km. (9000 N de repulsión)
8.- Hallar la fuerza ejercida entre dos electrones libres separados 1 A (1 A =
10-10m; A = Amstrong). (2,3x10-8N de repulsión)
9.- Calcular la fuerza de repulsión entre dos núcleos atómicos de argón
separados en el aire una distancia de 1 m (milimicra = 10-9m). La carga
eléctrica del núcleo de argón es de 18 protones. (7,5x10-8N)
10.- Dos esferillas igualmente cargadas distan 3 cm, están situadas en el aire
y se repelen con una fuerza de 4x10-5N. Calcular la carga de cada esferilla.
(2x10-9C)
11.- Dos esferillas iguales distan 3cm, están situadas en el aire y sus cargas
eléctricas son 3x10-9 C y -12x10-9C, respectivamente. Hallar la fuerza de
atracción eléctrica entre ellas. Si se ponen en contacto las esferillas y luego se
separan 3cm, ¿cuál será la fuerza ejercida? (3,6x10-4N de atracción; 2x10-4 N
de repulsión)
12.- En los vértices de un triángulo equilátero de 10cm de lado se sitúan
cargas de 2, 3 y -8 C (1C = 10-6C). Hallar el módulo de la fuerza ejercida
sobre la carga de -8C por acción de las otras dos. Se supone que el medio es
el aire. (31,4N)
13.- Calcular la fuerza ejercida sobre una carga de -10-6C situada en el punto
medio del trazo que une las cargas de 10-8 y -10-8 C, separadas 6m. (2x10-5N
hacia la carga de 10-8C)
14.- Sobre una mesa lisa, aislante, en los vértices de un cuadrado de
diagonal igual a 20cm, están fijas esferas cargadas de 20stc, 30stc, -20stc y
40stc, respectivamente. a) Determine la fuerza resultante que actúa sobre una
esfera de masa igual a 10g colocada en el centro del cuadrado, con una carga
de 10stc, b)Determine la aceleración de la esfera en esa posición. (4,1 dinas;
0,41cm/s2)
15.- Un electroscopio está cargado negativamente: a) Al aproximar un
cuerpo electrizado, observamos que las hojas del electroscopio divergen aún
más. ¿Cuál debe ser el signo de la carga del cuerpo? Explique. b) Si las hojas
del electroscopio disminuyen su abertura ¿ qué se puede concluir sobre la
carga del cuerpo? Explique. c) A veces se observa que aproximando
gradualmente el cuerpo a la esfera del electroscopio, las hojas inicialmente se
cierran y en seguida divergen nuevamente. Explique por qué ocurre esto.
16.- ¿Es posible electrizar positivamente un cuerpo sin que,
simultáneamente, otro cuerpo se electrice negativamente?, ¿por qué?
17.- F1 es la fuerza de repulsión ejercida por q2 sobre q1 y F2 es la fuerza de
q1 sobre q2. La distancia entre las cargas permanece invariable. a) Suponiendo
que q1 > q2, ¿Cuál fuerza será mayor? b) Si doblamos el valor de la carga q1,
¿qué le sucederá a la fuerza F1 y a la fuerza F2? c) Responda a la pregunta
anterior, suponiendo que q1 se duplicó y q2 se cuadruplicó.
18.- En cada uno de los siguientes casos ¿qué alteración debe hacerse a la
distancia entre dos pequeños objetos cargados, para que la fuerza eléctrica
entre ellas se mantenga constante?: a) la carga en cada objeto se triplica. b) la
carga en cada objeto se reduce a la mitad. c) la carga de uno de los objetos se
duplica y en el otro se reduce a la mitad.
19.- Considere dos cargas positivas q1 y q2, siendo q1 > q2, separadas cierta
distancia con q1 a la izquierda. Para que una tercera carga q quede en
equilibrio cuando se coloca entre la línea que une q1 y q2, ¿su posición deberá
ser:
a.
b.
c.
d.
e.
entre q1 y q2 y más próxima a q1, si q fuese positiva?,
a la izquierda de q1, si q fuese negativa?,
entre q1 y q2, más próxima a q2, si q fuese positiva?,
entre q1 y q2, más próxima a q2, si q fuese negativa?,
a la derecha de q2, si q fuese positiva?
20.- Resuelva el ejercicio anterior suponiendo que q1 es una carga positiva y
q2 es negativa.
21.- Suponga que 1 gr de hidrógeno se separa en electrones y protones.
Considere también que los protones se sitúan en el polo norte terrestre y los
electrones, en el polo sur. ¿Cuál es la fuerza con que comprimen (fuerza
compresional) la tierra? (514 kN)
22.- Calcule el número de electrones en un pequeño alfiler de plata,
eléctricamente neutro, que tiene una masa de 10 gr. La plata tiene 47
electrones por átomo, y su masa atómica es de 107,87.
23.- Dos protones en una molécula están separados por 3,8x10-10 m. A)
Encuentre la fuerza electrostática ejercida por un protón sobre otro. B) ¿Cómo
se compara la magnitud de esta fuerza con la magnitud de la fuerza
gravitacional entre los dos protones?. C) ¿Cuál debe ser la razón entre la carga
y la masa de una partícula si la magnitud de la fuerza gravitacional entre ella y
una partícula es igual a la magnitud de la fuerza electrostática? (a) 1,59 nN
alejándose, b) 1,24x1036veces más grande, c) 8,61x10-11 C/kg)
24.- En la fisión, un núcleo de uranio –238, que contiene 92 protones, se
divide en dos esferas más pequeñas, cada una con 46 protones y un radio de
5,9x10-15m. ¿Cuál es la magnitud de la fuerza eléctrica repulsiva que tiende a
separar las dos esferas?
25.- ¿Cuáles magnitudes iguales de carga deben colocarse sobre la Tierra y
la Luna para hacer la magnitud de la fuerza eléctrica entre estos dos cuerpos
igual a la fuerza gravitacional. (57,1 TC)
26.- En la siguiente figura se muestran tres cargas puntuales idénticas, cada
una de masa m y carga q, que cuelgan de tres cuerdas. Determine el valor de q
en términos de m, L y  .
27.- En la figura se localizan tres cargas puntuales ubicadas en las esquinas
de un triángulo equilátero. Calcule la fuerza eléctrica neta sobre la carga de
7 C. (0,873 N, 330º)