AUTOR: EDWIN GUTIÉRREZ
ASIGNATURA: FÍSICA
TEMA Nro. 2 LEY DE COULOMB
NIVEL:
SEXTO DE SECUNDARIA
OBJETIVO: El estudiante deberá enunciar
la ley de Coulomb y escribir su ecuación matemática. Además aplicará a la
solución de problemas prácticos.
CONTENIDO:
LEY DE COULOMB
Concepto.- 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. Después de
realizar numerosas mediciones haciendo variar las cargas de las esferas y la
separación entre ellas, llegó a las siguientes conclusiones:
La fuerza de atracción o de
repulsión entre dos cargas eléctricas es, directamente proporcional al producto
de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las
separa.
El módulo de
la fuerza es:
F = Es la fuerza con que interactúan
las dos cargas, expresada en N o dyn
K = Es la constante de Coulomb
q1 = La cantidad de la
carga expresadas en C o stC
q2 = La cantidad de carga
expresadas en C o stC
r = Distancia
de separación desde el centro de una carga al centro de la otra en m o cm
El valor de la constante K
depende de la naturaleza del medio:
S.I. c.g.s.
La constante K se escribe también como:
La constante K se escribe también como:
Donde la constante K se conoce como permitividad del vacío, tiene el
valor:
S.I. c.g.s.
La ley de Coulomb queda:
Si entre las
cargas existe otro medio o sustancia, la fuerza electrostática se vuelve menor.
El cociente entre la fuerza en el vacío y la fuerza en otro medio se llama constante dieléctrica de la sustancia,
es decir:
F = Fuerza entre dos cargas colocadas en
el vacío.
F’ = Fuerza entre
dos cargas colocadas en un medio diferente al vacío
CONSTANTES DIELÉCTRICAS
CONSTANTES DIELÉCTRICAS
Material
|
kd
|
Aceite
|
2.24
|
Agua a 20 ºC
|
80
|
Aire
|
1.0006
|
Baquelita
|
4.9
|
Mica
|
5.4
|
Neopreno
|
6.9
|
Papel
|
3.7
|
Parafina
|
2.3
|
Plexiglás
|
3.4
|
Porcelana
|
7
|
Vidrio pyrex
|
5.6
|
Ejem. 1.- Dos cargas puntuales de –3 μC y 5 μC están separadas por una distancia de 30 cm, como se muestra en la figura. ¿Cuál es la fuerza electrostática sobre cada carga?
Datos:
Solución:
Solución:
Ejem. 2.- En la figura q1 = – 40
stC, q2 = 30 stC y q3 = 50 stC. Calcular la fuerza neta
sobre la carga q3.
Datos:
q1
= – 40 stC
q2
= 30 stC
q3
= 50 stC
Solución: Cálculo de la hipotenusa y el ángulo:
Diagrama de fuerzas en q3:
Fuerzas entre cargas:
El àngulo entre las fuerzas: 180º – 26.6º = 153.4º
Resultante:
Ejem. 3.- ESFERAS EN CONTACTO.- Dos esferas
conductoras A y B están en el vacío separadas por una distancia de 10 cm.
Tienen cargas eléctricas de qA = +3x10–6 C y
qB = – 8x10–6 C.
Una esfera C en estado neutro, primero toca a la esfera A y después a B. Si la
esfera C después de tocar a B se separa del sistema, Calcular la fuerza con que
se accionan las cargas de A y B.
Solución: Se tiene que
calcular las cargas finales de las esferas A y B, recordando que cuando dos
esferas se ponen en contacto, la carga se reparte en partes iguales.
Contacto de
C con A:
qC +
qA = 0 + 3x10– 6 C
= +3x10– 6 C
Esta carga
se reparte entre las dos esferas equitativamente:
qC = qA
= + 1.5x10– 6 C
Contacto de
C con B:
qC +
qB = 1.5x10– 6 C + (– 8x10– 6 C)
= – 6.5x10– 6 C
Esta carga
se reparte entre las dos esferas equitativamente:
qC =
qB = – 3.25x10– 6 C
Ahora
aplicando la ley de Coulomb a “A” y “B”:
AUTOEVALUACIÓN
MARQUE LA
RESPUESTA CORRECTA
1. Para que un átomo posea carga positiva neta, debe tener:
a) Más protones que neutrones b) Más protones que electrones
c) Más electrones que neutrones d) Más electrones que protones
2. Sobre una
línea recta, igualmente separadas 30 cm, se encuentran tres cargas positivas
iguales cada una de 2x10–6 C.
¿Cuál es la fuerza que actúa sobre la carga del centro?
a) 0 N b) 0.4
N c) 1.2 N d)
4 N
3. Considerar que 1, 2 y 3 son péndulos
cargados. Es correcto afirmar:
a) 1 y 3
se repelen b) 1 y 3 se atraen
c) 1, 2 y 3
se atraen d)
Se necesitan más datos
4. Se muestra dos partículas
electrizadas. Determine el módulo de la fuerza de atracción eléctrica entre las
partículas.
a) 16 N b)
20 N c) 200 N
d) 160 N
5. Determine el módulo de la fuerza
eléctrica total sobre la carga qB = 10 µC; si qA
= –9 µC y qC = 16 µC.
a) 900 N b)
600 N c) 300 N d) 9000 N
BIBLIOGRAFÍA:
Walter
Pérez Terrell
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Teoría y
problemas de FÍSICA y cómo resolverlo
Grupo
Editorial Megabyte
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Raymond A
Serway
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Física.
Tomo II. Editorial Normos S.A.
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Jerry D.
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Física
Lander University. Segunda edición.
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Física Conceptual,
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Michel Valero
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Halliday – Resnick
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Compañía Editorial Continental S. A. Mx.
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Felix Aucalllanchi Velásquez.
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Física. Editorial “San Marcos”. Lima - Perú
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Jorge Mendoza
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Ediciones Félix Maguiño. Lima – Perú
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WEBGRAFÍA:
