Ley de Coulomb 1. El átomo normal de hidrógeno tiene un protón en su núcleo y un electrón en su órbita. Suponiendo que la órbita que recorre el electrón es circular y que la distancia entre a) la fuerza eléctrica de atracción entre el ambas partículas es 5,3x10-11(m), hallar: a) b) la velocidad lineal del electrón. La masa del electrón es protón y el electrón, b) 9,11x10-31(kg). (8,2x10-8N; 2,2x106m/s) 2. Hallar la relación entre la fuerza eléctrica F(e) y la gravitatoria F(g) (o peso) entre dos electrones. (F(e) = 4,16x1042F(g)) 3. Dos esferillas iguales e igualmente cargadas, de 0,1 g de masa cada una, se suspenden del mismo punto mediante hilos de 13 cm de longitud. Debido a la repulsión entre ambas, las esferillas se separan 10 cm. Hallar la carga de cada una de ellas. (2,1x10-8C) a) la intensidad del campo eléctrico E, en el aire, a una distancia de 30 cm de 4. Hallar: a) la b) la fuerza que actúa sobre una carga q2 = 4x10-10C situada a la carga q1 = 5x10-9C, b) la 30 cm de q1. (500N/C; 2x10-7N) a) Hallar la intensidad del campo eléctrico en el aire entre dos cargas puntuales de 5. a) Hallar 20x10-8 y -5x10-8 C, distantes 10 cm. Calcular seguidamente la fuerza que actúa sobre una carga de 4x10 -8 C, situada en el punto medio del segmento que une las b) Si en lugar de la carga de -5x10-8 C se coloca otra de 5x10-8 C, cargas dadas. b) calcular la intensidad del campo y la fuerza resultante sobre la carga de 4x10 -8 C. (9x105N/C hacia la derecha; 3,6x10-2N hacia la derecha; 54x10 4N/C hacia la derecha; 2,2x10-2 hacia la derecha) 6. Calcular el número de electrones que suman suman una carga eléctrica de 1 C. Hallar Hallar la masa y el peso de tales electrones. (6,2x10 18 electrones; 5,7x10-12 kg; 5,6x10-11 N) 7. Hallar la fuerza ejercida entre dos cargas iguales de 1cb separadas en en el aire una distancia de 1 km. (9000 N de repulsión) 8. Hallar la fuerza ejercida entre dos electrones libres separados 1 A (1 A = 10-10m; A = Amstrong). (2,3x10-8N de repulsión) 9. Calcular la fuerza de repulsión entre dos núcleos atómicos de argón se separados parados en el aire una distancia de 1 mµ (milimicra = 10-9m). La carga eléctrica del núcleo de argón es de 18 protones. (7,5x10-8N) 10. Dos esferillas igualmente cargadas distan 3 cm, están situadas en el aire y se repelen con una fuerza de 4x10-5N. Calcular la carga de cada esferilla. (2x10 -9C) 11. Dos esferillas iguales distan 3cm, están situadas en el aire y sus cargas eléctricas son 3x10-9 C y -12x10-9C, respectivamente. Hallar la fuerza de atracción eléctrica entre ellas. Si se ponen en contacto las esferillas y luego se separan 3cm, ¿cuál será la fuerza ejercida? (3,6x10-4N de atracción; 2x10-4 N de repulsión) 12. En los vértices de un triángulo equilátero de 10cm de lado se sitúan cargas de 2, 3 y 8 µC (1µC = 10-6C). Hallar el módulo de la fuerza ejercida sobre la carga de -8µC por acción de las otras dos. Se supone que el medio es el aire. (31,4N) 13. Calcular la fuerza ejercida sobre una carga de -10 -6C situada en el punto medio del trazo que une las cargas de 10-8 y -10-8 C, separadas 6m. (2x10-5N hacia -8 la carga de 10 C) 14. Sobre una mesa lisa, aislante, en los vértices de un cuadrado de diagonal igual a 20cm, están fijas esferas cargadas de 20stc, 30stc, -20stc y 40stc, respectivamente. a) a) Determine la fuerza resultante que actúa sobre una esfera de masa igual a 10g b) Determine la colocada en el centro del cuadrado, con una carga de 10stc, 10stc, b) aceleración de la esfera en esa posición. (4,1 dinas; 0,41cm/s2) a) Al aproximar un cuerpo electrizado, 15. Un electroscopio está cargado negativamente: a) Al observamos que las hojas del electroscopio divergen aún más. ¿Cuál debe ser el b) Si las hojas del electroscopio disminuyen signo de la carga del cuerpo? Explique. b) Si c) A veces su abertura ¿qué se puede concluir sobre la carga del cuerpo? Explique. c) A se observa que aproximando gradualmente el cuerpo a la esfera del electroscopio, las hojas inicialmente se cierran y en seguida divergen nuevamente. Explique por qué ocurre esto. 16. ¿Es posible electrizar positivamente un cuerpo sin que, simultáneamente, otro cuerpo se electrice negativamente?, ¿por qué? 17. F1 es la fuerza de repulsión ejercida por q 2 sobre q1 y F2 es la fuerza de q 1 sobre q2. La distancia entre las cargas permanece invariable. a) Suponiendo a) Suponiendo que q 1 > q2, ¿Cuál Hernán Verdugo Fabiani Profesor de Matemática y Física www.hverdugo.cl
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fuerza será mayor? b) Si doblamos el valor de la carga q1, ¿qué le sucederá a la fuerza F1 y a la fuerza F2? c) Responda a la pregunta anterior, suponiendo que q 1 se duplicó y q2 se cuadruplicó. 18. En cada uno de los siguientes casos ¿qué alteración debe hacerse a la distancia entre dos pequeños objetos cargados, para que la fuerza eléctrica entre ellas se a) la carga en cada objeto se triplica. b) la carga en cada mantenga constante?: objeto se reduce a la mitad. c) la carga de uno de los objetos se duplica y en el otro se reduce a la mitad. 19. Considere dos cargas positivas q 1 y q2, siendo q1 > q2, separadas cierta distancia con q1 a la izquierda. Para que una tercera carga q quede en equilibrio cuando se coloca entre la línea que une q 1 y q2, ¿su posición deberá ser: a) entre q1 y q2 y más próxima a q1, si q fuese positiva?, b) a la izquierda de q1, si q fuese negativa?, c) entre q1 y q2, más próxima a q2, si q fuese positiva?, d) entre q1 y q2, más próxima a q2, si q fuese negativa?, e) a la derecha de q2, si q fuese positiva? 20. Resuelva el ejercicio anterior suponiendo que q 1 es una carga positiva y q 2 es negativa. 21. Suponga que 1 g de hidrógeno se separa en electrones y protones. Considere también que los protones se sitúan en el polo norte terrestre y los electrones, en el polo sur. ¿Cuál es la fuerza con que comprimen (fuerza compresional) la Tierra? (514 kN) 22. Calcule el número de electrones en un pequeño alfiler de plata, eléctricamente neutro, que tiene una masa de 10 g. La plata tiene 47 electrones por átomo, y su masa atómica es de 107,87. 23. Dos protones en una molécula están separados por 3,8x10-10 m. A) Encuentre la fuerza electrostática ejercida por un protón sobre otro. B) ¿Cómo se compara la magnitud de esta fuerza con la magnitud de la fuerza gravitacional entre los dos protones?. C) ¿Cuál debe ser la razón entre la carga y la masa de una partícula si la magnitud de la fuerza gravitacional entre ella y una partícula es igual a la magnitud de la fuerza electrostática? (a) 1,59 nN alejándose, b) 1,24x10 36 veces más grande, c) 8,61x10-11 C/kg) 24. En la fisión, un núcleo de uranio –238, que contiene 92 protones, se divide en dos esferas más pequeñas, cada una con 46 protones y un radio de 5,9x10 -15 m. ¿Cuál es la magnitud de la fuerza eléctrica repulsiva que tiende a separar las dos esferas? 25. ¿Cuáles magnitudes iguales de carga deben colocarse sobre la Tierra y la Luna para hacer la magnitud de la fuerza eléctrica entre estos dos cuerpos igual a la fuerza gravitacional. (57,1 TC) 26. En la siguiente figura se muestran tres cargas puntuales idénticas, cada una de masa m y carga q, que cuelgan de tres cuerdas. Determine el valor de q en términos de m, L y α.
27. En la figura se localizan tres cargas puntuales ubicadas en las esquinas de un triángulo equilátero. Calcule la fuerza eléctrica neta sobre la carga de 7 µC. (0,873 N, 330º)
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