Fis120 Resumen

Resumen Fu00b4
ısica 120 - Primer Certamen.
´
Claudio Alvarez R.
Noviembre 2, 2011
En el presente documento les presento un resumen de los contenidos que
entraron en mi primer certamen de Fis120 el primer semestre del a˜o 2011.
n
Destaco que NO he sido ayudante de esta asignatura hasta el momento y
que solo quiero compartir este material con la comunidad sansana. La informaci´n fueextra´ del libro Resnick volumen 2.
o
ıda

1

1

Cap´
ıtulo 27: Ley de Coulomb.

La ley de Coulomb, llamada as´ en honor a Charles Agust´ Coulomb, qui´n
ı
ın
e
midi´ cuantitativamente la atracci´n y repulsi´n el´ctrica y dedujo la ley que
o
o
o
e
las gobierna.
F = k

q1 q2
r2

(1)

Cabe destacar que esta f´rmula la utilizaremos SOLO cuando hablemos de
o
cargas puntuales.La constante K de la frmula se define segn:
1
4ΠEo

k =

k = 8, 99x109 N m2 /C 2

(2)

(3)

Donde Eo es la constante de permitividad.

1.1

Principio de Superposici´n.
o

Cuando hablamos de la Ley de Coulomb en su forma vectorial podemos
utilizar el principio de superposici´n, el cual se˜ala (en palabras simples) que
o
n
si tenemos dos o m´s fuerzas actuando sobre una mismapart´
a
ıcula, entonces
podemos sumar estos vectores para obtener la fuerza neta sobre ella. (Les
aconsejo repasar sumas vectoriales)

1.2

Ejemplo

CARGAS en TRIANGULO. Tres part´
ıculas cargadas id´nticas. Cada part´
e
ıcula
se ubica en un v´rtice de un tri´ngulo equil´tero. La magnitud de la fuerza
e
a
a
que UNA de ellas ejerce sobre CUALQUIERA de las otras es de 1 N. Lamagnitud de la fuerza NETA sobre cualquiera de ellas vale:
A) Cero.
B) 2 N.
C) Mayor que 2 N.
D) Menor que 2 N, pero mayor que 1 N.
E) 1 N.
(Certamen del primer semestre del a˜o 2010, ejercicio 3)
n
2

Figure 1: Tres part´
ıculas cargadas id´nticas forman un tri´ngulo equil´tero.
e
a
a

Soluci´n: Por el principio de superposicin sabemos que la fuerza neta que
o
ejercen las par´
ıcula1 y 2 sobre la 3 la podemos representar como la suma
vectorial de estas:
FN = F13 + F23
El primer paso consiste en dividir cada una de las fuerzas en sus componentes
X e Y, para luego sumar las que que queden en igual sentido, y restar las
que tengan sentidos opuestos (como en el caso de las componentes X de este
ejemplo, las cuales se anulan)
⇒ FN x = F13 x − F23 x ∧ FN y = F13 y + F23 y⇒ FN x = 1 ∗ cos(60) − 1 ∗ cos(60) ∧ FN y = 1 ∗ cos(30) + 1 ∗ cos(30)
Luego, como hab´ adelantado anteriormente, las componentes a lo largo del
ıa
eje X se anulan, por lo que la fuerza neta resultante ser igual a la suma de
las componentes en el eje Y.
√
⇒ FN = FN y = 2 ∗ cos(30) = 3

3

2

Cap´
ıtulo 28: Campo El´ctrico.
e

El campo el´ctrico es un vector que se define como”Fuerza por unidad de
e
carga”, y su magnitud se define seg´n la siguiente f´rmula:
u
o
E =

F
qo

(4)

Donde F es la fuerza ejercida sobre una carga qo, y qo es una carga de prueba
muy peque˜a. Observemos que si remplazamos (1) en (4) obtenemos otra
n
forma de expresar el campo el´ctrico en funci´n de la carga de emisor (Q)
e
o
y la distancia que lo separa del punto en el espacio dondeestudiamos el
comportamiento del campo el´ctrico (r).
e
E =

2.1

1 Q
4ΠEo r2

(5)

Principio de superposici´n
o

Al igual que con la fuerza de atracci´n o repulci´n el´ctrica neta, el campo
o
o
e
el´ctrico neto sobre un punto en el espacio se define como la suma vectorial
e
de los N campos que lo atraviesen.
E =

2.2

Ei

(6)

L´
ıneas de Fuerza.

Las l´
ıneas defuerza dan la direcci´n del campo el´ctrico en cualquier punto.
o
e
Estas se originan en cargas positivas y terminan en cargas negativas (Ver figure 2). Cabe destacar que estas l´
ıneas se trazan de tal modo que el n´mero de
u
l´
ıneas por unidad de ´rea sea proporcional a la magnitud del campo el´ctrico.
a
e
Como se observa en la figura 2, en la zona A hay m´s lineas por unidad de
a...