Resumen del libro “Física Universitaria con Física Moderna” Por Young, Freedman, Sears y Zemansky

Universidad de Guadalajara
Centro Universitario de Ciencias Exactas e Ingenierías

Ingeniería en Comunicaciones y Electrónica
Circuitos Eléctricos

Actividad 1
Resumen del libro
“Física Universitaria con Física Moderna”
Por
Young, Freedman, Sears y Zemansky

Prof. Gustavo Adolfo Vega Gómez
Almno. Salvador González Salazar
Almno. Edén de Jesús Estrada Jiménez

Definiciones de conceptos
Fuerzaentre dos cargas puntuales
Para cargas puntuales, cuerpos cargados muy pequeños en comparación con la distancia
𝑟 que los separa, la fuerza eléctrica es proporcional a 1⁄𝑟 2. Es decir, cuando se duplica
la distancia 𝑟, la fuerza disminuye a de su valor inicial; cuando la distancia disminuye a
la mitad, la fuerza incrementa cuatro veces su valor inicial. La fuerza eléctrica entre dos
cargas puntualestambién depende de la cantidad de carga en cada cuerpo, la que se
denotará con 𝑞 o 𝑄.
Las fuerzas que dos cargas puntuales 𝑞1 y 𝑞2 ejercen una sobre la otra son
proporcionales a cada carga, por lo que también son proporcionales a su producto 𝑞1 𝑞2 .
Y así, en términos matemáticos, la magnitud 𝐹 de la fuerza que cada una de las dos
cargas puntuales, 𝑞1 y 𝑞2 , separadas una distancia 𝑟, ejerce sobrela otra se expresa
como:
|𝑞1 𝑞2 |
𝐹=𝑘
𝑟2
Donde 𝑘 es una constante de proporcionalidad cuyo valor numérico depende del sistema
de unidades que se emplee. La unidad del SI para la carga eléctrica se llama coulomb
(C). En unidades del SI, la constante 𝑘 que aparece en la ecuación anterior es:
𝑘 = 8.987551787 × 109 N ∙ 𝑚2 ⁄C2 ≅ 8.988 × 109 N ∙ 𝑚2 ⁄C2
El valor de 𝑘 se conoce con un número tan grandede cifras significativas porque se
relaciona de cerca con la rapidez de la luz en el vacío, tal rapidez se define por ser
exactamente 𝑐 = 2.99792458 × 108 𝑚⁄𝑠. El valor numérico de 𝑘 se define en
términos de 𝑐 como:
𝑘 = (10−7 N ∙ 𝑠 2 ⁄C2 )𝑐 2
Aunque por lo general 𝑘 se escribe como1⁄4𝜋𝜖0 donde 𝜖0 (”épsilon cero”) es otra
constante. Quedando la ecuación como:
1 |𝑞1 𝑞2 |
𝐹=
4𝜋𝜖0 𝑟 2
Donde lasconstantes son, aproximadamente:
1
𝜖0 = 8.854 × 10−12 C2 ⁄N ∙ 𝑚2
y
= 𝑘 = 8.988 × 109 N ∙ 𝑚2 ⁄C2
4𝜋𝜖0
Campo eléctrico
La fuerza eléctrica sobre un cuerpo cargado es ejercida por el campo eléctrico que otros
cuerpos cargados originan. Se define el campo eléctrico en un punto como la fuerza
eléctrica que experimenta una carga de prueba 𝑞0 en dicho punto, dividida entre la carga
𝑞0 . Es decir, el campoeléctrico en cierto punto es igual a la fuerza eléctrica por unidad
de carga que una carga experimenta en ese punto:
𝐹0
𝐸⃗ =
𝑞0
En unidades del SI, en las cuales la unidad de fuerza es N (Newton) y la unidad de carga
es C (Coulomb), la unidad para la magnitud del campo eléctrico es 1 newton por
coulomb (1 N⁄C).
No obstante, si 𝑞0 es muy pequeña, la redistribución de la carga en el cuerpo 𝐴 también
esmuy pequeña, por lo que para hacer una definición completamente correcta del
campo eléctrico tomamos el límite de la ecuación de campo eléctrico, a medida que la

carga de prueba 𝑞0 tiende a cero, y el efecto perturbador de 𝑞0 sobre la distribución de
la carga se vuelve despreciable:
𝐹0
𝐸⃗ = lim
𝑞0 →0 𝑞0
Si se conoce el campo eléctrico en cierto punto, la ecuación anterior se reacomoda y da
lafuerza experimentada por una carga puntual 𝑞0 colocada en ese punto.
Esta fuerza es igual al campo eléctrico producido en ese punto por cargas distintas de
𝑞0 , multiplicado por la carga 𝑞0 :
𝐹0 = 𝑞0 𝐸⃗
Aunque esto es sólo para cargas de prueba puntuales. La fuerza eléctrica experimentada
por una carga de prueba 𝑞0 varía de un punto a otro, de manera que el campo eléctrico
también es diferente enpuntos distintos. Por
esta razón, la ecuación anterior se usa
únicamente para calcular la fuerza eléctrica
sobre una carga puntual. Si un cuerpo
cargado tiene un tamaño suficientemente
grande, el campo eléctrico 𝐸⃗ llega a tener
magnitudes y direcciones muy distintas en
sus diversos puntos, y el cálculo de la fuerza
eléctrica neta sobre él puede ser más
complicado.
La carga 𝑞0 puede ser positiva o...