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Ejercicios
Sección 21.3 Ley de Coulomb
21.1. En una esfera pequeña de plomo con masa de 8.00 g se colocan
electrones excedentes, de modo que su carga neta sea de 23.20 3
1029 C. a) Encuentre el número de electrones excedentes en la esfera.
b) ¿Cuántos electrones excedentes hay por átomo de plomo? El número
atómico del plomo es 82, y su masa atómica es de 207 g>mol.
21.2. Los relámpagosocurren cuando hay un flujo de carga eléctrica
(sobre todo electrones) entre el suelo y los cumulonimbos (nubes de
tormenta). La tasa máxima de flujo de carga en un relámpago es de alrededor
de 20,000 C>s; esto dura 100 ms o menos. ¿Cuánta carga fluye
entre el suelo y la nube en este tiempo? ¿Cuántos electrones fluyen en
dicho periodo?
21.3. Estime cuántos electrones hay en su cuerpo. Hagatodas las suposiciones
que crea necesarias; pero diga con claridad cuáles son. (Sugerencia:
la mayoría de los átomos de su cuerpo tienen números iguales
de electrones, protones y neutrones.) ¿Cuál es la carga combinada de
todos estos electrones?
21.4. Partículas en un anillo de oro. Usted tiene un anillo de oro
puro (24 kilates) con masa de 17.7 g. El oro tiene una masa atómica de
197 g>moly un número atómico de 79. a) ¿Cuántos protones hay en el
anillo, y cuál es su carga total positiva? b) Si el anillo no tiene carga
neta, ¿cuántos electrones hay en él?
21.5. El peso medio de un ser humano es de alrededor de 650 N. Si
dos personas comunes tienen, cada una, una carga excedente de 1.0
coulomb, una positiva y la otra negativa, ¿qué tan lejos tendrían que
estar para que laatracción eléctrica entre ellas fuera igual a su peso
de 650 N?
21.6. Dos esperas pequeñas separadas por una distancia de 20.0 cm tienen
cargas iguales. ¿Cuántos electrones excedentes debe haber en cada
esfera, si la magnitud de la fuerza de repulsión entre ellas es de 4.57 3
10221 N?
21.7. Se dan cargas eléctricas positivas a dos esferas pequeñas de plástico.
Cuando están separadas unadistancia de 15.0 cm, la fuerza de repulsión
entre ellas tiene una magnitud de 0.220 N. ¿Cuál es la carga en
cada esfera, si a) las dos cargas son iguales, y b) si una esfera tiene
cuatro veces la carga de la otra?
21.8. Dos esferas pequeñas de aluminio tienen, cada una, una masa de
0.0250 kg, y están separadas 80.0 cm. a) ¿Cuántos electrones contiene
cada esfera? (La masa atómica del aluminioes de 26.982 g>mol, y su
número atómico es de 13.) b) ¿Cuántos electrones tendrían que retirarse
de una esfera y agregarse a la otra, para ocasionar una fuerza de
atracción entre ellas con magnitud de 1.00 3 104 N (aproximadamente
1 tonelada)? Suponga que las esferas son cargas puntuales. c) ¿Qué
fracción de todos los electrones en cada esfera representa esto?
742 CAPÍTULO 21 Carga eléctricay campo eléctrico
21.9. Dos esferas muy pequeñas de 8.55 g, separadas una distancia de
15.0 cm entre sus centros, se cargan con números iguales de electrones
en cada una de ellas. Si se ignoran todas las demás fuerzas, ¿cuántos
electrones habría que agregar a cada esfera para que las dos aceleraran
a 25.0g al ser liberadas? ¿En qué dirección acelerarían?
21.10. a) Si se supone que sólo lagravedad actúa sobre un electrón,
¿qué tan lejos tendría que estar el electrón de un protón, de modo que
su aceleración fuera la misma que la de un objeto en caída libre en la
superficie terrestre? b) Suponga que la Tierra estuviera hecha tan sólo
de protones, pero tuviera el mismo tamaño y masa que en realidad tiene.
¿Cuál sería la aceleración de un electrón que se liberara en susuperficie?
¿Es necesario considerar la atracción de la gravedad además
de la fuerza eléctrica? ¿Por qué?
21.11. En un experimento en el espacio, se mantiene fijo un protón y se
libera otro desde el reposo a una distancia de 2.50 mm. a) ¿Cuál es la
aceleración inicial del protón después de liberarlo? b) Elabore diagramas
cualitativos (¡sin números!) de aceleración-tiempo y velocidadtiempo,
para el...