jueves, 19 de mayo de 2011

Foros

FORO 1
¿Qué aportes importantes crees tú, que Charles Coulomb aporto a la física? Justificar.
FORO 2
¿Qué importancia posee el electromagnetismo en nuestra comunidad?
FORO3
Realiza un cuadro comparativo sobre varios autores (mínimo 3) referente a la ley de Coulomb

NOTA:
 Cada respuesta debe ser enviada los días jueves de las próximas tres semanas restantes del lapso



                                                    

Guia de Ejercicios




1.- Calcular la fuerza eléctrica entre dos cargas cuyos valores son: q1 = 2 milicoulombs, q2 = 4 milicoulombs, al estar separadas en el vacío por una distancia de 30 cm.(8x105 N repulsión)

2.- Determinar la fuerza eléctrica entre dos cargas cuyos valores son q1 =-3 microcoulobs y q2 = 4 microcoulombs al estar separadas en el vacío 50 cm. (0.432 N, atracción)

3.- Una carga de -3x10-2 ues se encuentra en el aire a 15 cm de otra carga de -4x10-2 ues
a) ¿Cuál es la fuerza eléctrica entre ellas?  (5.333x10-6 dinas repulsión)
b) ¿Cuál sería la fuerza eléctrica entre ellas si estuvieran sumergidas en aceite?               ( 1.9x10-6 dinas repulsión)

4.- Una carga eléctrica de 2  se encuentra en el aire a 60 cm de otra carga. La fuerza con la que se rechazan es de 3x10-1 N ¿Cuánto vale la carga desconocida?  (6μc)

5.- Una carga de 5  se encuentra en el aire a 20 cm de otra carga de -2  como se aprecia a continuación:
                                                           20 cm



                 q1                           F1                        F2                q2

a)    ¿Cuál es el valor de la fuerza F1 ejercida por q2 sobre q1? (2.25 N atracción)
b)    ¿El valor de la fuerza F2 ejercida por q1 sobre q2 es igual o diferente a F1? (igual)
c)    ¿Cuál sería la fuerza eléctrica entre las cargas si estuvieran sumergidas en agua? (0.028 N)

6.- Determine la distancia a la que se encuentran dos cargas eléctricas de 7x10-8 C, al rechazarse con una fuerza de 4.41x10-3 N  (0.1 m)

7.- Una carga q1 = 2  se encuentra a una distancia de 20 cm de otra carga q3 = 8 , como se ve en la figura. Determinar el valor de la fuerza resultante y su sentido, sobre una carga q2 = -4  al ser colocada en medio de las otras dos cargas.
( 21.6 N hacia la derecha)




                q1                                    q2                                                  q3


8.- Determinar el valor de la fuera eléctrica entre dos cargas cuyos valores son de           q1 = -5  y q2 = -4  al estar separadas en el vacío por una distancia de 20 cm.
(4.5 N repulsión)


9.- Calcular la fuerza eléctrica entre dos cargas cuyos valores son q1 = -2 mC  y             q2 = 6 mC  al estar separadas en el vacío por una distancia de 40 cm. Determinar el valor de la fuerza eléctrica si estuvieran sumergidas en agua.  (6.75x105 N atracción,     8385.09 N)

10.- Una carga de 7x10-1 ues se encuentra en el aire a 10 cm de otra carga de 3x10-1 ues determinar el valor de la fuerza eléctrica entre ellas. Calcular también el valor de la fuerza eléctrica si estuvieran sumergidas en gasolina. (2.1x10-3 dinas repulsión        8.94x10-4 dinas)


Problemas resueltos de la Ley de Coulomb

               PROBLEMA                            



Suponga que se tiene tres cargas puntuales localizadas en los vértices de un triángulo recto, como se muestra en la figura, donde q1 = -80 C, q2 = 50 C y q3 = 70 C, distancia AC = 30 cm, distancia AB = 40 cm. Calcular la fuerza sobre la carga q3 debida 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.


Para mas ejercicios selecciona algunos de los enlaces en la parte superior derecha.

Problemas resueltos de la Ley de Coulomb

martes, 17 de mayo de 2011



            LEY DE COULOMB 


La carga eléctrica
, al igual que la masa, constituye una propiedad fundamental de la materia. El desarrollo de la Teoría atómica moderna permitió aclarar el origen de la naturaleza de los fenómenos eléctricos. Un átomo de cualquier sustancia está constituido en esencia, por una región central o núcleo y una envoltura externa formada por electrones . El núcleo está formado por dos tipos de partículas, los protones , dotados de carga eléctrica positiva, y los neutrones sin carga eléctrica aunque con una masa semejante a la del Protón.
Los electrones son partículas mucho más ligeros que los protones y tienen carga eléctrica negativa. La carga de un electrón es igual en magnitud, aunque de signo contrario, a la de un protón. Las fuerzas eléctricas que experimentan los electrones respecto del núcleo hacen que éstos se muevan en torno a él. La carga del electrón (o protón) constituye el valor mínimo e indivisible de cantidad de electricidad.
La ley de Coulomb es la ley fundamental de la electrostática que determina la fuerza con la que se atraen o se repelen dos cargas eléctricas. Las primeras medidas cuantitativas relacionadas con las atracciones y repulsiones eléctricas se deben al físico francés Charles Agustín Coulomb (1736-1806) en el siglo XVIII. Para efectuar sus mediciones utilizó una balanza de torsión de su propia invención y encontró que la fuerza de atracción o repulsión entre dos cargas eléctricas puntuales es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa.



La parte fundamental de este dispositivo consiste en una varilla liviana de material aislante, suspendida de una fibra aisladora que lleva en un extremo una esfera A de material liviano recubierta de grafito. Una segunda esfera B , idéntica a la anterior, se coloca en posición fija, próxima a la esfera A . Si ambas esferas se cargan con electricidades del mismo signo, se repelen, dando origen a una rotación de la varilla y, por consiguiente, a una torsión de la fibra de suspensión en un ángulo q. Coulomb tenía conocimiento de que el ángulo de torsión q de la fibra es directamente proporcional a la fuerza que produce dicha torsión, por lo que utilizó dicho ángulo como una medida indirecta de la fuerza de repulsión entre las esferas.



la ecuacion de la ley de coulomb es:
De la ecuacion anterior se tiene  El valor de la constante K depende de las unidades en las cuales se expresan F, q y r. También depende del medio que separa a las cargas. Esta ecuación se llama Ley de Coulomb y puede enunciarse como sigue:
La fuerza de atracción o de repulsión entre dos cargas eléctricas es, directamente proporcional al producto de los valores absolutos de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa.
La ley de Coulomb es válida únicamente para objetos cargados cuyas dimensiones sean pequeñas comparadas con la distancia que las separa. Esto se expresa diciendo que dicha ley es válida para cargas puntuales, es decir, cargas eléctricas que se suponen concentradas en un punto. En el Sistema Internacional la unidad de fuerza es el Newton (New), la unidad de distancia es el metro (m), la unidad de intensidad de corriente es el Amperio (A) y la unidad de carga se llama Coulomb (C).

Un Coulomb ( C ) es la cantidad de carga eléctrica que pasa por la sección transversal de un conductor en un segundo, cuando por el conductor circula una corriente de Amperio.
K = 9 x 109 New. m2 /C2


Como las unidades de fuerza, carga y distancia en el sistema SI se han definido independientemente de la Ley de Coulomb, el valor numérico de la constante de proporcionalidad K debe medirse experimentalmente. El valor de la constante K depende de la naturaleza del medio. El valor numérico de la constante K depende de la opción de unidades. Si la fuerza está en Newton, la distancia en metros (m), y la carga en coulomb ( C ), entonces K tiene un valor de 9 x 109 New. m2 /C2.


La constante eléctrica K viene a ser 1020 veces mayor que la constante gravitacional G. Lo que indica que el campo gravitatorio es muy débil comparado con el eléctrico. Esta diferencia tiene una consecuencia muy útil: en el estudio de los fenómenos eléctricos los efectos gravitatorios son despreciables.

  • F   Es la fuerza con que se accionan las cargas.
  • K Es la constante de proporcionalidad o de Coulomb
  • q 1 La cantidad de la carga 1 expresadas en Coulombs
  • q 2 La cantidad de carga 2 expresadas en Coulombs
  • r es la distancia de separación desde el centro de una carga al centro de la otra.
Unidades de Carga Eléctrica
Coulomb (C)
. Es la unidad de carga eléctrica en el sistema MKS y se define como la carga eléctrica capaz de atraer o repeler a otra igual situada en el vacío y a la distancia de un metro y con la fuerza de 9x109 Newtons.

StatCoulomb. Es la unidad de carga del sistema C.G.S y se define como la carga eléctrica capaz de atraer o repeler a otra igual en el vacío y a la distancia de un centímetro con la fuerza de una DINA.
1 coulomb = 3x109 statcoulomb
1 coulomb = 6X1018 electrones
Submúltiplos:milicoulomb mC = 10-3 C
nanocoulomb nC = 10-9 C
picocoulomb pC = 10-12 C
microcoulomb m C = 10-6 C

Una manifestación habitual de la electricidad es la fuerza de atracción o repulsión entre dos cuerpos estacionarios que, de acuerdo con el principio de acción y reacción, ejercen la misma fuerza eléctrica uno sobre otro. La carga eléctrica de cada cuerpo puede medirse en culombios. La fuerza entre dos partículas con cargas q1 y q2 puede calcularse a partir de la ley de Coulomb, Según la cual la fuerza es proporcional al producto de las cargas dividido entre el cuadrado de la distancia que las separa. La constante de proporcionalidad K depende del medio que rodea a las cargas.


Biografìa de Charles Coulomb



(Angulema, Francia, 1736-París, 1806) Físico francés. Su delebridad se basa sobre todo en que enunció la ley física que lleva su nombre (ley de Coulomb), que establece que la fuerza existente entre dos cargas eléctricas es proporcional al producto de las cargas eléctricas e inversamente proporcionales al cuadrado de la distancia que las separa. Las fuerzas de Coulomb son unas de las más importantes que intervienen en las reacciones atómicas.
Después de pasar nueve años en las Indias Occidentales como ingeniero militar, regresó a Francia con la salud maltrecha. Tras el estallido de la Revolución Francesa, se retiró a su pequeña propiedad en la localidad de Blois, donde se consagró a la investigación científica. En 1802 fue nombrado inspector de la enseñanza pública.
Influido por los trabajos del inglés Joseph Priestley (ley de Priestley) sobre la repulsión entre cargas eléctricas del mismo signo, desarrolló un aparato de medición de las fuerzas eléctricas involucradas en la ley de Priestley, y publicó sus resultados entre 1785 y 1789. Estableció que las fuerzas generadas entre polos magnéticos iguales u opuestos son inversamente proporcionales al cuadrado de la distancia entre ellos, lo cual sirvió de base para que, posteriormente, Simon-Denis Poisson elaborara la teoría matemática que explica las fuerzas de tipo magnético.