Ley de coulomb

2.1 CAMPOS ESCALARES Y VECTORIALES. Campo. Definición. Es una región en la cual existe una magnitud física asociada a cada punto del espacio, cuyas características dependen de las coordenadas de ese punto. Por ejemplo: la temperatura en diferentes puntos de una habitación, T  x , y , z  , la presión en cualquier punto en el interior de un fluido, p  x , y , z  y la densidad en cualquier puntodel mismo, . Estos son campos escalares, ya que las magnitudes en cuestión son escalares. Si las magnitudes son vectoriales, entonces los campos son vectoriales, por ejemplo: La velocidad de flujo de un fluido en diferentes puntos, ; el campo gravitatorio terrestre, fuerza gravitacional terrestre por unidad de masa sobre una masa de prueba.

F g (2.1) m0 Si los campos no cambian con el tiempose llaman campos estáticos. El concepto de acción gravitatoria a distancia o de interacción directa e instantánea entre cuerpos



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UCB. FIA. UES. Ing. Edgar Rodríguez.

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(masa  masa) viola la teoría especial de la relatividad. El concepto de interacción gravitatoria entre el campo de un cuerpo y el otro cuerpo (masa  campo  masa), no contradice la teoría especial de larelatividad, cualquier movimiento del primer cuerpo se transmite por el espacio a la velocidad de la luz, como límite; llegando esta información al segundo cuerpo en un tiempo finito y no en forma instantánea. El campo desempeña el papel de intermediario de la interacción entre los dos cuerpos. 2.2 EL CAMPO ELECTRICO. Así como el caso gravitatorio, la interacción eléctrica entre cuerpos cargados vistacomo acción a distancia (carga  carga) viola la teoría especial de la relatividad, entonces debe introducirse al campo como intermediario de la interacción (carga  campo  carga), llamado en este caso campo eléctrico. La primera carga establece un campo eléctrico a su alrededor y la segunda carga interactúa con el campo eléctrico de la primera carga. Así mismo el campo eléctrico de la segunda cargainteractúa con la primera carga. Definición: El campo eléctrico asociado con un cierto conjunto de cargas en términos de la fuerza ejercida sobre una carga de prueba positiva
 

q0 , se define por:

F E (2.2) q0 Dimensionalmente el campo eléctrico es la fuerza por unidad de carga; en el SI las unidades del campo eléctrico son newton / coulomb. La dirección del campo eléctrico E, en elpunto donde q0 se encuentra, figura1 (b) es la misma que la dirección de la fuerza F, que actúa sobre la carga de prueba, un escalar positivo, figura 1 (a). El conjunto de cargas que produce a E y a F no se muestra. Conocido el campo eléctrico en el punto p , la fuerza que actuaría sobre cualquier carga puntual q en ese punto sería, F = q E, su magnitud es F  qE y su dirección es la misma que la deE si q es positiva y opuesta a la de E si q es negativa.

Figura 1. Dirección de E en el punto p .

UCB. FIA. UES. Ing. Edgar Rodríguez.

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La interacción entre dos cargas puntuales descrita en la unidad anterior, en términos del campo eléctrico se debe interpretar como se muestra en la figura 2. Una carga q 1 colocada en el punto A , produce un campo E1 en el punto B , figura 2 (a); lacarga q2 en el punto B , experimenta una fuerza F21 =q2E1; de la misma manera, q2 situada en el punto B , produce un campo E2 en el punto A , donde q1 se encuentra, figura 2 (c), entonces esta experimentará una fuerza F12 = q1E2, figura 2(d) Aunque los campos son diferentes, ya que las cargas que los producen son diferentes, las fuerzas son iguales en magnitud, pero en direcciones opuestas, comose mencionó en la unidad I. En un procedimiento operativo para medir E, q0 debe ser lo más pequeña posible, para no afectar la distribución de cargas que produce el campo, entonces:

E  lim

q0 0

F q0

(2.3)

Figura 2. El campo eléctrico como intermediario de la interacción entre dos cargas puntuales.

Problema muestra. Un electrón  q   e  colocado cerca de un cuerpo cargado,...