CUESTIONARIO: ELECTROSTÁTICA

DIEGO ALEJANDRO RIVERA VELANDIA

Preguntas

O indica pregunta complementaria.

1.Explique el significado de la expresión "un átomo neutro". Explique el significado de "un átomo con carga negativa".

2.O i) Si a una moneda metálica se le da una carga eléctrica positiva, su masa: ¿a) aumenta mensurablemente, b) aumenta una cantidad muy pequeña para medirla directamente, c) permanece invariable, d) disminuye una cantidad muy pequeña para medirla directamente o e) disminuye mensurablemente? ii) Ahora, a la moneda, se le da una carga eléctrica negativa. ¿Qué ocurre con su masa? Elija entre las mismas posibilidades.

3.Un estudiante extranjero que haya crecido en un país tropical pero que estudie en Estados Unidos quizá no tenga ninguna experiencia con chispas o descargas de electricidad estática hasta que él o ella pasen un invierno en ese país. Explique por qué.

4.Explique las similitudes y diferencias entre la ley de la gravitación universal de Newton y la ley de Coulomb.

5.Un globo es cargado negativamente al frotarlo después se adhiere a la pared. ¿Significa que la pared tiene carga positiva? ¿Por qué el globo termina por caer?

6.O En la figura 23.8, suponga que los objetos con cargas qt y q3 están fijos. Observe que no hay línea de visión desde la ubicación del objeto 2 hasta la ubicación del objeto 1. Podría decir que un insecto parado sobre q1 es incapaz de ver q2 porque se lo impide q3. ¿Cómo calcularía la fuerza que se ejerce sobre el objeto con carga q{í a) Encuentre sólo la fuerza que ejerce q¡ sobre la carga qi. b) Encuentre sólo la fuerza que ejerce q3 sobre la carga q1. c) Sume la fuerza que q2 ejercería por sí sola sobre la carga q\ a la fuerza que q3 ejercería por sí sola sobre la carga q}. d) Sume la fuerza que q3

ejercería por sí sola a cierta fracción de la fuerza que q2 ejercería por sí sola, e) No hay una forma definida de encontrar la fuerza sobre la carga q¡.

7.O Una partícula con carga está en el origen de las coordenadas. La partícula produce un campo eléctrico de 4i kN/C en el punto con vector de posición 36 i cm. i) ¿En qué posición el campo tiene el valor li kN/C? a) 9i cm, b) 18i cm, c) 725 cm, d) 144i cm, e) en ninguna parte ü). ¿En qué posición el valor es 16i kN/C? Elija entre las mismas posibilidades.

8.¿Es posible que un campo eléctrico exista en un espacio vacío? Explique. Considere el punto A en la figura 23.21a. ¿En este punto

existe carga eléctrica? ¿Hay alguna fuerza en dicho punto? ¿Existe un campo en dicho punto?

9.O i) Clasifique las magnitudes de las fuerzas que la partícula con carga A ejerce sobre la partícula con carga B, ubicada a la distancia rde A, de mayor a menor, en los siguientes casos. En su clasificación anote cualquier caso de igualdad, a) qA = 20 nC, qñ = 20 nC, r = 2 cm, b) qA = 30 nC, qR = 10 nC, r = 2 cm, c) qA = 10 nC, qs = 30 nC, r = 2 cm, d) qA = 30 nC, qR = 20 nC, r = 3 cm, e) qA = 45 nC, qh - 20 nC, r = 3 cm. ii) Clasifique las magnitudes de los campos eléctricos que genera la partícula con carga A en la posición de la partícula con carga B, a una distancia rde A, de mayor a menor, en los mismos casos. En su clasificación anote cualquier caso de igualdad.

10. O Tres partículas con. carga se colocan en las esquinas de un cuadrado, como se muestra en la figura P23.10, con carga —Qen las partículas de las esquinas superior izquierda e inferior derecha, y carga + 2Qen la partícula en la esquina inferior izquierda, i) ¿Cuál es la dirección del campo eléctrico en la esquina superior derecha, que es un punto en el espacio vacío? a) Es hacia arriba y a la derecha, b) Es recta hacia la derecha, c) Es recta hacia abajo, d) Es hacia abajo y a la izquierda.e) Es perpendicular hacia el plano de la imagen y hacia afuera.f)No hay dirección; no existe campo en esa esquina porque ahí no hay carga, g) No hay dirección; ahí el campo total es cero, ii) Suponga que se quita la carga +2Qen la esquina inferior izquierda. En tal caso la magnitud del campo en la esquina superior derecha, ¿a) se vuelve mayor, b) se vuelve menor, c) permanece igual o d) su cambio es impredecible?

Solución

1. La expresión de átomo neutro se refiere a que las cargas eléctricas del átomo esta en iguales proporciones por ejemplo un gas noble es un claro ejemplo de un átomo neutro. Un átomo con una carga negativa es lo que se conoce cono anión

y este átomo posee un exceso de cargas negativas.

2. C) El peso de la moneda disminuye una cantidad muy pequeña para medirla directamente, dado que al cargarse positivamente le son arrebatados algunos electrones lo cual hace muy difícil medir la diferencia de masa incluso usando balanzas de alta precisión, ya que la masa de cada electrón es despreciable.

3. Un invierno genera menor humedad en el aire, por tanto las cargas entre los materiales se transmiten de manera menos eficaz, a diferencia de un ambiente húmedo, por lo tanto es muy frecuente recibir descargas eléctricas de los neumáticos y al contacto con la parte exterior de los carros u otras superficies que podrían almacenar carga con la disminución de la humedad relativa.

4.

Ley de Coulomb Ley de Gravitación Universal de Newton

Sim

ilitu

des

* Las distancias son inversamente proporcionales a la fuerza de atracción/repulsión

* Existe un campo de atracción/ repulsión del cuerpos en el espacio

* Se requieren de dos objetos (materia) para formular la atracción o repulsión de los cuerpos

* Los objetos de mayor masa o carga influyen en la gravedad/ campo eléctrico

Difere

nci

as

* Unidades q (carga eléctrica), Ke

(constante de Coulomb).

Atracción de las cargas por influencia propia o por presencia de campos eléctricos

* Unidades de fuerza proporcionales a la masa y al campo gravitacional

5. El globo al ser frotado con el cabello posee una carga negativa que transfiere de manera gradual hacia la pared cargada positivamente cuando termina la transferencia el globo cae.

6. Es posible usar esta ecuación para la carga 1

F e=K e∗(q2−q3 )∗q1

r122

a)F12=K e∗|q1||q2|

r122 b) F13=

K e∗|q1||q3|r132

c) ∑ F2=K e∗|q1||q2|

r 122 −

K e∗|q1||q3|r132

7.

Se reconocen las variables y se halla a q:

E=K e∗q

r2

q= E∗r2

K e

q=4π ε0E r2

q=5,768∗10−8C

Se selecciona la opción correcta a partir del siguiente análisis: * En el caso de que E=1i kN C−1

r=√ K e∗qE =√0.51cm2;r=72i cm(c )

En el caso de que E=16 ikN C−1

r=√ K e∗qE =√0.032cm2;r=18i cm(b)

8.

Es posible usar esta ecuación para la carga 1

F e=K e∗(q2−q3 )∗q1

r122

a)F12=K e∗|q1||q2|

r122 b) F13=

K e∗|q1||q3|r132

c) ∑ F2=K e∗|q1||q2|

r 122 −

K e∗|q1||q3|r132

Es un error común creer que la líneas imaginarias ilustradas en la figura se consideren como objetos reales, la verdad es que las líneas de campo están por lo general en posiciones aleatorias e interactúan infinitas veces por lo tanto si en el caso de un sitio en el espacio con las características de el punto C lo más probable es que exista una cancelación de flujo en el campo eléctrico, debe tenerse en cuenta que las líneas son una representación abstracta del campo eléctrico.

9. i.

ii. Casos de igualdad de cargas

Magnitudes iguales

1 a) qA = 20 nC, qB = 20 nC, r = 2 cm

10. i) e) La dirección del campo de la esquina superior derecha es nula por que no

existen cargas en esta zona ya que la repulsión mutua de las cargas negativas impide la presencia de cargas positivas y negativas en ese punto.

ii) C) La situación pertenece igual ya que son las mismas cargas bajo una situación similar, por lo tanto sucede el mismo fenómeno de ausencia de cargas.

Es un error común creer que la líneas imaginarias ilustradas en la figura se consideren como objetos reales, la verdad es que las líneas de campo están por lo general en posiciones aleatorias e interactúan infinitas veces por lo tanto si en el caso de un sitio en el espacio con las características de el punto C lo más probable es que exista una cancelación de flujo en el campo eléctrico, debe tenerse en cuenta que las líneas son una representación abstracta del campo eléctrico.

Clasificación de magnitud de fuerza ejercida de mayor a menor

1 b) qA = 30 nC, qB = 10 nC, r = 2 cm

2 e) qA = 45 nC, qB -=20 nC, r = 3 cm

3 a) qA = 20 nC, qB = 20 nC, r = 2 cm

4 c) qA = 10 nC, qB = 30 nC, r = 2 cm

5 d) qA = 30 nC, qR = 20 nC, r = 3 cm