Fisica

Unidad 1

FÍSICA II

M.C. Felipe López Garduza

La Fuerza Eléctrica
Ley de Coulomb
Nota: * En estos problemas el valor de la constante de Coulomb está redondeado, así que los resultados les podrán variar. Nosotros NO haremos ese redondeo y tomaremos k = 8.98 ×109 N m2/C2.

1-1. Dos pelotas con una carga de 3 C cada una, están separadas una distancia de 20 mm. ¿Cuál es la fuerza derepulsión entre ellas?
(9 x 109 N  m2 /C2 )(3 x 10-6C)(3 x 10-6C) ; F (20 x 10-3m)2

F = 202 N

1-2. Dos cargas puntuales de −3 C y +4 C están separadas una distancia de 12 mm en el vacío. ¿Cuál es la fuerza electrostática entre ellas? ¿Es de atracción o de repulsión?

F

(9 x 109 N  m2 /C2 )(3 x 10-6C)(4 x 10-6C) ; (12 x 10-3m)2

F = 750 N, atracción

1-3. Una particular alfaconsiste de dos protones (qe = 1.6 x 10-19 C) y dos neutrones (sin carga). ¿Cuál es la fuerza repulsiva entre dos partículas alfa separadas por una distancia de 2 nm? q = 2(1.6 x 10-19 C) = 3.2 x 10-19 C

F

(9 x 109 N  m2 /C2 )(3.2 x 10-19C)(3.2 x 10-19C) ; (2.00 x 10-9 m)2

F = 2.30 x 10-10 N

1-4. Asuma que el radio de la órbita del electrón alrededor del protón en el átomo de hidrógenoes 5.2 x 10-11 m aproximadamente. ¿Cuál es la fuerza electrostática de atracción entre las cargas del átomo de hidrógeno?
F (9 x 109 N  m2 /C2 )(1.6 x 10-19C)(1.6 x 10-19C) ; (5.2 x 10-11m)2

F = 8.52 x 10-8 N

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1-5. ¿Cuál es la separación de dos cargas de −4 C si la fuerza de repulsión entre ellas es de 200 N?

r

kqq ' (9 x109 N  m2 /C2 )(4 x 10-6C) 2  ; F 200 N

r = 26.8 mm

1-6. Dos cargas idénticas separadas una distancia de 30 mm experimentan una fuerza de repulsión de 980 N. ¿Cuál es la magnitud de cada carga?

F

kq 2 ; q r2

Fr 2 (980 N)(0.030 m)2  ; k 9 x 109 N  m2 /C2

q = 9.90 C

*1-7. Una carga de 10 C y una carga de −6 C están separadas 40 mm. ¿Cuál es la fuerza entre ellas? Lasesfera se ponen en contacto por unos momentos y luego se separan de nuevo una distancia de 40 mm. ¿Cuál es la nueva fuerza? ¿Es atractiva o repulsiva?
F (9 x 109 N  m2 /C2 )(6 x 10-6C)(10 x 10-6C) ; (40 x 10-3m)2

F = 338 N, atracción -6 C 0.08 m 2 C 2 C 0.08 m 2 C 2 C 10 C

Cuando las esferas se tocan, 6 C son neutralizados, dejando 4 C que son compartidos por ambas esferas, o +2C en cada esfera. Entonces se separan de nuevo.
(9 x 109 N  m2 /C2 )(2 x 10-6C)(2 x 10-6C) ; F (0.080 m)2

F = 5.62 N, repulsión

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*1-8. Dos cargas puntuales inicialmente se atraen entre sí con una fuerza de 600 N. Si reduce su separación a un tercio de la distancia original, ¿cuál es la nueva fuerza de atracción?
1 F 2; r Fr  F r;
2 11 2 2 2

 r2  r  F2  F1  12   F1  1  ;  r2   r2 
2

2

r1 = 3 r2

 3r  F2  F1  2   9 F1 ;  r2 

F2 = 5400 N

La Fuerza eléctrica Resultante
1-9. Una carga de +60 C se localiza 60 mm a la izquierda de una carga de a +20 C. ¿Cuál es la fuerza resultante sobre una carga de −35 C localizada en el punto medio entra las dos cargas? +60 C q1 F1 60 mm -35 Cq3 F2 +20 C q2

F13 

(9 x 109 N  m2 /C2 )(60 x 10-6C)(35 x 10-6C) (30 x 10-3m)2
F13 = 2.10 x 104 N, dirigida a la izquierda

(9 x 109 N  m2 /C2 )(20 x 10-6C)(35 x 10-6C) ; F13 = 2.10 x 104 N, dirigida a la (30 x 10-3m)2 m derecha. 4 4 4 FR = F13 + F23 = (−2.10 x 10 N) + (0.700 x 10 N); FR = −1.40 x 10 N, izquierda. F23 

1-10. Una carga puntual de +36 C se coloca a 80 mm a laizquierda de una segunda carga puntual de −22 C. ¿Cuál es la fuerza ejercida sobre una tercera carga +10 C localizada en el punto medio entre las dos cargas?
F13  (9 x 109 N  m2 /C2 )(36 x 10-6C)(10 x 10-6C) (40 x 10-3m)2

+36 C q1

80 mm 10 C q3 F1

-22 C q2

F2 F13 = 2025 N, dirigida a la derecha

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F23 

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(9 x 109 N  m2...