Electric Force and Field

Preguntas del capítulo
El Átomo
Trabajo en Clase
1. ¿Qué parte del átomo lleva carga positiva? ¿Cuál lleva la carga negativa?
2. ¿Cuántos tipos de carga eléctrica existen?
3. Cuando un átomo neutro captura un electrón libre, ¿cuál es la carga neta en el átomo? ¿Cómo
llamamos a este tipo de átomo?
Tarea
4. Ocho electrones orbitan en un átomo de oxígeno. ¿Cuántos protones hay en su núcleo?
5. Cuando quitamos un electrón de un átomo, ¿Cuál es la carga neta en el átomo? ¿Cómo llamamos a
este tipo de átomo?
Carga por Frotación
Trabajo en clase
6. ¿Qué sucede con una varilla plástica cuando es frotada con un trozo de piel animal? ¿Qué le
sucede al trozo de piel?
7. ¿Cómo puedes saber si dos objetos, luego de ser frotados entre sí, han adquirido carga eléctrica?
¿Cómo será la magnitud de la carga en uno comparada con el otro? ¿y el signo de la carga en cada
uno?
8. ¿Qué sucede con dos varillas de vidrio frotadas con seda cuando acercamos una a la otra?
Tarea
9. ¿Qué sucede entre una varilla de plástico frotada con un trozo de piel animal y un vidrio frotado con
un trozo de seda cuando acercamos uno al otro?
10. ¿Qué sucede con dos varillas plásticas frotadas con piel animal cuando acercamos una a la otra?
11. Repetir pregunta #8 para una varilla de vidrio cargada.
Carga por Conducción e Inducción, Electroscopios, Carga a tierra
Trabajo en Clase:
12. Describe dos maneras en que puedes dar a un electroscopio una carga positiva
13. Un estudiante tiene una varilla de vidrio cargada pero quiere dar a un electroscopio una carga
negativa. ¿Qué debería hacer para lograrlo? ¿Por qué funciona ese método?
14. Un estudiante acerca una varilla plástica cargada cerca de un pequeño trozo de papel que se
encuentra encima de una mesa. El papel ¿será atraído o repelido? Explica por qué y dibuja un
diagrama.
15. Por qué cuando te quitas una remera o blusa en una habitación oscura puedes ver pequeñas
chispas y oír un crackling sound?
Tarea
Electric Charge & Force Problems - 1
v 1.3
©2009 Goodman & Zavorotniy
16. Una varilla con carga positiva atrae una bola de metal suspendida en el extreme de un hilo aislante.
Dibuja un diagrama y explica el mecanismo de atracción.
17. Un electroscopio tiene carga negativa y se le acerca una varilla cargada sin tocarlo, como resultado,
las hojas se acercan más. ¿Qué clase de carga tiene la varilla?
18. Dos livianas tiras de papel están suspendidas en el extremo de dos hilos aislantes. Una tira de
papel está cargada y la otra no. Diseña un experimento para determinar cuál de las dos tiras tiene
carga.
19. Un estudiante toca un electroscopio con su mano y al mismo tiempo acerca una varilla con carga
positiva al electroscopio sin tocarlo. Cuando retira su mano primero y luego aleja la varilla del
electroscopio las hojas se alejan una de la otra. ¿Por qué? ¿Qué clase de carga tienen las hojas?
Fuerza Eléctrica
Trabajo en clase
20. Interactuarán dos objetos cargados en la luna, donde no hay atmósfera?
21. Una gota de aceite con carga negativa cae sobre la superficie de una mesa. Una plancha metálica
sin carga se encuentra sobre la mesa. ¿qué clase de carga eléctrica debemos agregar a la plancha
para detener la caída de la gota?
22. Una esfera metálica tiene carga positiva. Cuando aumentamos la carga positiva en la esfera
¿Cambia el número de protones?
Tarea
23. Es posible agregar 0.5 de carga de electrones a un objeto? Explica.
24. Cuando descargas un objeto que tenía carga positiva ¿significa que el objeto ya no contiene
ninguna carga eléctrica?
Problemas
La Ley de Coulomb
Trabajo en clase
1. Dos cargas positivas de 1 mC y 10 mC están separadas por una distancia de 10 m. Encuentra la
dirección y la magnitud de fuerza electrostática entre las cargas.
2. Una partícula con una carga de +7.4 μC está separada de otra partícula con una carga de –3.6 μC
por una distancia de 1.4 m. Encuentra la dirección y la magnitud de fuerza electrostática entre
ambas partículas.
3. Una carga de +1.4 nC ejerce una fuerza repulsiva de 20 mN sobre una segunda carga ubicada a
una distancia de 2.2 m de ella. ¿Cuál es la carga (magnitud y signo) de la segunda carga?
4. Dos objetos esféricos cuyos centros se encuentran a 8 cm uno del otro, tienen iguales cargas
negativas y se repelen uno al otro con una fuerza de 9 mN. ¿Cuál es la carga en cada uno?
¿Cuántos electrones extra hay en cada uno?
5. Do esferas conductoras tienen cargas netas de +9 μC y -7 μC y se atraen una a la otra con una
fuerza de 4 mN. Las esferas son puestas en contacto y luego separadas nuevamente a la distancia
inicial. ¿Cuál es la nueva fuerza entre ambas esferas? ¿es esta fuerza atractiva o repulsiva?
Tarea
Electric Charge & Force Problems - 2
v 1.3
©2009 Goodman & Zavorotniy
6. Dos cargas negativas de 2.5 μC y 9 μC están separadas por una distancia de 25 cm. Encuentra la
dirección y la magnitud de la fuerza electrostática entre las cargas.
7. Dos cargas de +2.6 μC y –5.4 μC experimentan una fuerza de atracción de 6.5 mN. ¿Cuál es la
separación entre las cargas?
8. ¿Cuál es la distancia entre dos cargas +7.8 μC y +9.2 μC si cada una ejerce una fuerza de 4.5 mN
sobre la otra?
9. Una carga de –4.2 μC ejerce una fuerza de atracción de1.8 mN sobre una segunda carga que se
encuentra a una distancia de 2.4 m. ¿Cuáles son la magnitud y el signo de la segunda carga?
10. Dos cargas puntuales igualmente negativas se repelen una a la otra con una fuerza de 18 mN.
¿Cuál es la carga en cada objeto si la distancia entre ambos es de 9 cm? ¿Cuántos electrones extra
tiene cada objeto?
11. Dos esferas conductoras cargadas tienen cargas netas de +4 μC and -8 μC y se atraen una a la otra
con una fuerza de mN. Las esferas son puestas en contacto y luego separadas a la distancia inicial.
¿Cuál es la nueva fuerza entre ambas esferas? ¿Es esta fuerza atractiva o repulsiva?
12. ¿Cuál es la proporción de fuerza electrostática con respecto a la fuerza gravitacional entre dos
electrones?
Problemas Generales
Trabajo en clase
-Q
13. Una esfera conductora lleva una carga negativa de –6 μC y se encuentra ubicada sobre una mesa
aislada. Una gota de aceite de 0.2 g se encuentra suspendida a 1.5 m sobre la esfera.
a. Dibuja un diagrama de cuerpo libre que muestre todas las fuerzas que actúan sobre la gota.
b. ¿Cuál es el signo de la carga neta de la gota?
c.
Determina la magnitud de la carga eléctrica en la gota.
d. Si duplicamos la carga en la gota ¿Cuál será su aceleración inicial?
Electric Charge & Force Problems - 3
v 1.3
©2009 Goodman & Zavorotniy
Tarea
14. Una bola metálica de 0.14 kg se encuentra suspendida en el extreme de un hilo que lleva una carga
positiva de +10 nC. Una esfera cargada con una carga negativa de -25 μC es colocada a 5 cm por
debajo de la bola.
a. Dibuja un diagrama de cuerpo libre que muestre todas las fuerzas que actúan sobre la bola.
b. Encuentra la fuerza de tensión del hilo.
c.
Si la fuerza de tensión máxima que el cordón puede soportar es 3 N, ¿Cuánta carga debe
agregarse a la bola para romper el cordón?
d. ¿Cuál será la fuerza de tensión en el cordón si cambiamos la carga en la esfera de -25 μC
a +25 μC y dejamos la carga de la pelota colgante a +10 nC?
15. Dos bolas idénticas (B y C) con una masa de 0.5 g son suspendidas de dos cordones como se
muestra arriba. Las bolas llevan cargas iguales de +10 nC cada una y están separadas por una
distancia de 4 cm.
a. Dibuja un diagrama de cuerpo libre y muestra todas las fuerzas aplicadas a la bola C.
b. Encuentra la fuerza de tensión en el cordón BC.
c.
Dibuja un diagram de cuerpo libre y muestra todas las fuerzas aplicadas a la bola B.
d. Encuentra la fuerza de tensión en el cordón AB.
e. Responde las preguntas a, b, c, d para la situación en que las bolas tuvieran cargas iguales
pero opuestas (la carga en B es positiva y la carga en C es negativa).
Electric Charge & Force Problems - 4
v 1.3
©2009 Goodman & Zavorotniy
Trabajo en clase
16. Una carga positiva Q1 = 2.6 μC es colocada en un punto X1 = -3 m y una carga positiva Q2 = 1.4 μC
es colocada en un punto X2 = +4 m.
a.
b.
c.
d.
Dibuja un diagrama de cuerpo libre para la fuerza eléctrica que actúa sobre Q1 y Q2.
Encuentra la magnitud de la fuerza eléctrica entre Q1 y Q2.
Encuentra la magnitud y la dirección de la fuerza eléctrica que actúa sobre Q1.
Encuentra la magnitud y la dirección de la fuerza eléctrica que actúa sobre Q2.
17. **Una carga positiva Q1 = 7.4 μC es colocada en un punto X1 = -2 m, una carga negativa Q2 = -9.7
μC es colocada en un punto X2 = 3 m y una carga positiva Q3 = 2.1 μC es colocada en un punto X3 =
9 m.
a.
b.
c.
d.
e.
f.
g.
Dibuja diagramas de cuerpo libre para la fuerza eléctrica que actúa sobre Q1, Q2 y Q3.
Encuentra la magnitud de la fuerza entre Q1 y Q2.
Encuentra la magnitud de la fuerza entre Q1 y Q3.
Encuentra la magnitud de la fuerza entre Q2 y Q3.
Encuentra la magnitud y la dirección de la fuerza eléctrica neta de la carga Q1.
Encuentra la magnitud y la dirección de la fuerza eléctrica neta de la carga Q2.
Encuentra la magnitud y la dirección de la fuerza neta eléctrica de la carga Q3.
Tarea
18. **Una carga negativa Q1 = -25 μC es colocada en un punto X1 = -2 m, una carga positiva Q2 = 15 μC
es colocada en un punto X2 = 3 m y una carga positiva Q3 = 18 μC es colocada en un punto X3 = 9
m.
a.
b.
c.
d.
Dibuja diagramas de cuerpo libre para la fuerza eléctrica que actúa sobre Q1, Q2 y Q3.
Encuentra la magnitud de la fuerza entre Q1 y Q2.
Encuentra la magnitud de la fuerza entre Q1 y Q3.
Encuentra la magnitud de la fuerza entre Q2 y Q3.
Electric Charge & Force Problems - 5
v 1.3
©2009 Goodman & Zavorotniy
e. Encuentra la magnitud y la dirección de la fuerza eléctrica neta en la carga Q1.
f. Encuentra la magnitud y la dirección de la fuerza eléctrica neta en la carga Q2.
g. Encuentra la magnitud y la dirección de la fuerza eléctrica neta en la carga Q3.
Preguntas del capítulo
1.
Protón, electrón
2.
2
3.
Negativa, ion negativo
4.
8 protones
5.
Positiva, ion positivo
6.
Varilla plástica se vuelve negativa, piel se
vuelve positiva
Respuestas
16. Los electrones del conductor se mueven
hacia el lado más cercano de la varilla y
atraen a la varilla positiva.
17. La carga en la varilla es negativa puesto que
las hojas se separan.
18. Trae otro objeto cargado y fíjate cómo
interactúa con las tiras de papel cargadas.
19. La carga en las hojas era negativa ya que,
debido a la inducción, los electrones viajan
hacia las hojas para atraer la varilla positiva
20. Sí
7.
21. Negativa
Usa una pieza metálica para ver si repele o
atrae el objeto; la magnitud de la carga es
la misma para ambos objetos
23. No, ya que no se puede romper electrones
24. No, sólo significa que se volverá neutro
8.
Repulsión
9.
Atracción
10.
Repulsión
11.
Nada – neutra
12.
Conducción e Inducción
13.
Por conducción, el electroscopio será
cargado negativamente
14.
La varilla positiva cargada atraerá el papel,
ya que los electrones dentro del papel se
moverán hacia la varilla.
15.
Esto es un ejemplo de electricidad estática
donde los electrones son trasladados de
una prenda a la otra.
Electric Charge & Force Problems - 6
22. No, en ese caso se convertiría en una
sustancia diferente
v 1.3
©2009 Goodman & Zavorotniy
Problemas
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
15.
900 N repeliendo
0.122 N atrayendo
0.0077 C or 7.7mC
-8 x 10-8 C, 5 x 1011
electrones
6.35 x 10-5 N
repeliendo
3.24 N repeliendo
4.4 m
11.98 m
2.7 x 10-7 C
-1.27 x 10-7 C, 7.95 x
1011 electrones
0.002 N repeliendo
kqeqe : Gmeme
2.3 x 10-28 : 5.5 x 10-
17.
a.
a.
b.
0.0055 N
b.
c.
d.
e.
f.
g.
c.
d. 0.0098 N
e.
0.02584 N
0.001156 N
0.005093 N
+0.02468 N
-0.02075 N
-0.00393 N
71
4.2 x 1042 : 1
18.
Problemas Generales
i.
ii. 0.0043 N
13.
a.
b. Negativa
c. 8.17 x 10-8 C
d. 9.8 m/s2 hacia
arriba
iii.
iv. 0.0098 N
16.
F21
a.
14.
a.
b.
c.
d.
e.
f.
g.
0.135 N
0.03347 N
0.0675 N
+0.1685 N
-0.2025 N
+0.03403 N
b. 0.000669 N or 669 μC
c. -0.000669 N or -669 μC
d. +0.000669 N or +669 μC
a.
b. 2.272 N
c. 8.1 x 10-9 C
d. 0.472 N
Electric Charge & Force Problems - 7
v 1.3
©2009 Goodman & Zavorotniy
Electric Charge & Force Problems - 8
v 1.3
©2009 Goodman & Zavorotniy