Estatica

ELECTROSTÁTICA
Introducción.
Definición.- La Electrostática es la parte del Electromagnetismo, que describe, analiza y cuantifica los fenómenos físicos relacionados con las micropartículas electrones y protones en reposo. A través del tiempo se ha encontrado que “todos” los materiales tienen este tipo de micropartículas; experimentalmente se observa que un material (objeto de plástico) al serfrotado (tallado ver figura siguiente) con algún lienzo, en dicho material se genera una propiedad física que inicialmente no tenía. La barra de plástico después de ser frotada se acerca a un pequeño pedazo de papel (5 mm2) y la barra lo atrae cosa que inicialmente no la hacía. El mismo experimento se repite con una barra de vidrio y se frota con un paño de algodón con poliéster y adquiere unapropiedad física Como un tercer experimento se colocan ambas barras de plástico y vidrio en péndulos electrostáticos cerca una de la otra y se observa una atracción entre ambas barras; como conclusión de esta observación en cada barra se generó una propiedad física que generó una fuerza de atracción mutua. Como un cuarto experimento, se frotan dos barras del mismo material y con el mismo lienzo y conellas se hace el tercer experimento y se observa una fuerza de repulsión entre las barras participantes. Una conclusión de estas observaciones es que en cada barra se generó una propiedad física diferente; aclarando que macroscópicamente no se observa nada en los materiales participantes ( disminución o aumento de tamaño); sin embargo microscópicamente existe una pérdida o una ganancia demicropartículas, que por definición se les llamó electrones que son parte de los átomos que todos los materiales tienen, de tal forma que cuando una barra de plástico es frotada pierde electrones y queda con exceso de otras micropartículas llamadas protones. En el caso de los cristales estos quedan con exceso de electrones generándose dos barras con ganancia o pérdida de electrones, que por definición seconcluyó que los materiales con exceso de protones se dice que están cargados positivamente (+) y los objetos con exceso de electrones se dice que están cargados negativamente (-). Se ha encontrado que la masa de un electrón es 9.11x10-31kg y la de un protón es de 1.6x10-27kg ; con estas masas es saludable cuestionar el tamaño de dichas micropartículas; asimismo las unidades de carga se handefinido como Coulombs; tales que para un protón se le asigno 1.6x10-19C y para el caso de un electrón una carga negativa de -1.6x10-19C.

Por el tamaño de estas micropartículas algún objeto con electrones o protones se considera como una carga puntual; tales que de acuerdo a las observaciones experimentales se concluye:

a) Cargas puntuales del mismo signo repelen b) Cargas de signo contrario seatraen.

Ley de Coulomb
F12 q2 • q1
°

r r2

r r1
0

dirección y si además F12 entonces:
ˆ F12= F12 u

Suponga que en el espacio de tres dimensiones se tienen dos cargas puntuales y se observan desde un sistema de referencia como se muestra en la figura LC-1 (figura adjunta ); aclarando que q1 representa a la carga puntual número uno, q2 a la carga r puntual número dos o es un sistemade referencia inercial, r1 el r vector de posición que da la posición de la carga puntual uno, r2 vector que indica la posición de la carga puntual dos, F12 la fuerza que ejerce la carga puntual uno sobre la carga puntual dos; considerando que las dos cargas puntuales son del mismo signo y que el observador mira la carga puntual q2 Como todas las cantidades vectoriales tienen magnitud y ˆ es lamagnitud de F12 y u indica la dirección de dicha fuerza,

LC-1

r r ˆ Recuerde que el vector unitario u se encuentra con los vectores de posición: r1 y r2 ; tales que:

ˆ u

r r r2 r1 r r r2 r1

LC-2

Cálculo de F12 Experimentalmente se observa que sí alguna de las dos cargas puntuales no está presente, la otra carga puntual no experimenta fuerza alguna, además cuando se aumenta la...