P21.1 dos esferas metálicas cuelgan de hilos de nylon. Cuando se colocan próximas entre si tienden a traerse. Con base sólo en esta información, analice los modos posibles en que podrían estar cargadas las esferas. !s posible que, luego de tocarse, las esferas permane"can adheridas una a la otra#. !xplique su repuesta RTA: Las esferas están cargadas por cargas de signo diferente una positiva y la otra negativa, si es posible que las esferas esferas sé queden queden adheri adheridas das,, Despué Después s de que se toquen toquen las cargas cargas positi positivas vas y negati negativas vas se neutralizan P21.$%as prendas de ropa tienden a adherirse unas a otras despu&s de pasar por la secadora. Por qu&# !speraría usted más 'o menos( adhesión si toda la ropa fuese del mismo material 'algodón por e)em.( que si se secara ropa de diferentes tipos# *ue+amente por qu&# 'si lo desea, experimente con su próxima carga de la+adora( RTA: RTA: el !ovi!iento en la secadora produce carga estática en la ropa y las cargas tienden a no sufrir una fuga en el seco interior de la secadora "abrá !enos apego si toda la ropa se hace del !is!o !aterial, la carga se transfiere !ás fácil!ente entre !ateriales diferentes Los f que caen las transferencias de !aterial diferente cobran de un !aterial a otro P21. %os electrones libres de un metal experimentan atracción gra+itatoria hacia la tierra. Por qu&, entonces, no se depositan todos en el fondo del conductor, como un sedimento que se asienta en el fondo de un río# RTA: #u repulsi$n eléctrica es !ucho !ayor que su peso y evita que se agrupen en la parte inferior del conductor P21.- %os buenos conductores el&ctricos, como metales, son típicamente buenos conductores de calor. calor. %os aisladores aisladores el&ctricos el&ctricos,, como la madera, madera, son típicamen típicamente te malos malos conductor conductores es de calor. calor. !xplique por qu& tendría que haber una relación entre la conducción el&ctrica y la conducción t&rmica en estos materiales. RTA: RTA: %n sus pri!eros esfuerzos esfuerzos para e&plicar e&plicar la estructu estructura ra electr$ni electr$nica ca de los !etales, los cient'fic cient'ficos os esgri!ieron las propiedades de su buena conductividad tér!ica y eléctrica para apoyar la teor'a de que los !etales se co!ponen de áto!os ionizados, cuyos electrones libres for!an un (!ar( ho!ogéneo de carga negativa La atracci$n electrostática entre los iones positivos del !etal y los electrones libres, se consider$ la responsable del enlace entre los áto!os del !etal As', se pensaba que el libre !ovi!iento de los electrones era la causa de su alta conductividad eléctrica y tér!ica La principal ob)eci$n a esta teoria es que en tal caso los !etales deb'an tener un calor espec'fico superior al que real!ente tienen P21. /os ob)etos metálicos id&nticos están montados en soportes aislantes. /escriba como podría depositar cargar de signo opuesto pero de magnitud exactamente igual a los dos ob)etos. RTA: Traiga una carga positiva varilla cerca de los dos ob)etos Al separarla %sta va a de)ar uno con carga negativa y el otro con carga positiva Los dos ob)etos eran original!ente neutros, por lo que la !agnitud de la carga negativa de uno es igual a la !agnitud de la carga positiva en el otro *odr'a depositar cargas de signos opuestos pero de !agnitud e&acta!ente igual agregándole un ca!po !agnético de distinto signo a cada uno P21.11 0i uno camina sobre un tapete de nylon y luego toca un ob)eto metálico grande, como la perilla de una puerta, puede recibir una chispa y una sacudida Por qu& tiende esto a ocurrir con más frecuencia en los días secos que en los hmedos# 'pista3 +&ase la fig.21.24( Por qu& es menos probable recibir una sacudida si se toca un ob)eto metálico peque5o , como un su)etador de papeles, por e)emplo#
RTA: porque %l !o!ento dipolar eléctrico del agua hace de ésta un e&celente disolvente La carga eléctrica es !enor cuanto !ás alta es la hu!edad at!osférica #e e&plica porque las !oléculas de agua at!osférica se unen a iones libres que abundan a ba)as alturas y en la superficie de los ob)etos, neutralizándose a!bos *or el contrario, en at!$sfera de ba)a hu!edad, al no haber agentes +!oléculas de agua que neutralicen iones, la conductividad eléctrica del aire y las superficies de ob)etos está !uy incre!entada P21.1$ 0i se toca con una barra con carga positi+a una esfera metálica aislada inicialmente sin carga, la esfera adquiere una carga positi+a neta y la barra pierde parte de su carga significa esto que se transfirieron protones de la barra a la esfera# RTA: Las cargas que están dentro de las !oléculas de un !aterial aislante se pueden desplazar un poco %n consecuencia, la barra con carga de cualquier signo atrae a un aislador neutro *or la tercera ley de -e.ton, el aislador neutro e)erce una fuerza de atracci$n de igual !agnitud sobre el otro La carga positiva se transfiere por los electrones que fluyen desde la esfera de !etal a la varilla P21.1 0e colocan un protón en un campo el&ctrico uniforme y luego se libera. /espu&s se coloca un electrón en el mismo punto y se libera !xperimentan estas dos partículas las misma fuer"a# y la misma aceleración# se despla"an en la misma dirección al ser liberadas# RTA: #i, ya que el ca!po al que están so!etidos es el !is!o para a!bos casos y por lo tanto están so!etidos a la !is!a fuerza de este / la !is!a aceleraci$n0 -o, ya que sus !asas son diferentes y por lo tanto, aplicando la segunda Ley de -e.ton + 12 !g , la aceleraci$n depende de la !asa y no solo de la fuerza que se aplique al prot$n y al electr$n respectiva!ente #e desplazan en la !is!a direcci$n al ser liberadas0 -o, ya que en caso de que el ca!po sea generado por una part'cula negativa, al prot$n al liberarse se ale)ara de esta part'cula +la repulsi$n, y el electr$n en ca!bio se vera atra'do por esta part'cula +atracci$n, si el ca!po es generado por una part'cula positiva las fuerzas serian de !anera viceversa P21.1- 6u& seme)an"as presentan las fuer"as el&ctricas con las fuer"as gra+itatorias# Cuáles son las diferencias más significati+as# RTA: *ode!os co!parar directa!ente que la fuerza gravitacional es !ás débil que la fuerza eléctrica co!o el nivel at$!ico la fuerza eléctrica dentro del n3cleo es !ás grande que la fuerza de gravedad Aunque la fuerza gravitacional es !ás peque4a, pero es de atracci$n, por ello puede generar la creaci$n de grandes !asas, tal es el caso de la for!aci$n de las estrellas y de los planetas de !odo que a !edida que crecen sus !asas pueden generarse grandes !asas gravitatorias #in e!bargo, pese a que las fuerzas eléctricas en el interior del áto!o son grandes son de r epulsi$n y por tanto no pueden crecer grandes concentraciones de carga bien sean negativas co!o positivas P21.1 los campos el&ctricos suficientemente intensos pueden pro+ocar que los átomos se ionicen positi+amente, esto es, que pierdan uno o más electrones. !xplique como ocurre esto 6u& es lo que determina la intensidad que el campo debe tener para que esto ocurra# RTA: %l nivel de energ'a del electr$n de valencia + el que ocupa el 3lti!o nivel de energ'a dentro del áto!o, en el que se encuentra este, ya que este nivel deter!inara que tan dispuesto está el electr$n para saltar del áto!o o que tanta intensidad requiere el electr$n para lograr la ionizaci$n P21.21 0e mantiene fi)a en el origen una partícula con carga positi+a 6. se dispara una segunda partícula con carga positi+a q hacia la primera partícula, y sigue la trayectoria que se muestra en la fi. 21.$2 !s constante la cantidad de mo+imiento angular de la segunda partícula# por qu&# 'sugerencia Cuánto momento de torsión e)erce la primera partícula sobre la segunda#
RTA: La fuerza de repulsi$n que e)erce sobre 5, q se dirige a lo largo de la l'nea que une las dos cargas %sta l'nea pasa a través de 5 para que la fuerza e)erza ning3n par en q para un e)e que pasa por 5 y el !o!ento angular de q con respecto a este e)e constante
1.!xplique el significado de la expresión 7un átomo neutro8. !xplique el significado de 7un átomo con carga negati+a8 RTA: 6n áto!o neutro es un áto!o sin carga, o bien tiene la !is!a cantidad de electrones y protones que provoca estar descargado o neutralizado 6n áto!o con carga negativa es cuando un áto!o tiene !ayor cantidad de electrones que de protones, esto se debe a un interca!bio de cargas $. 9n estudiante extran)ero que haya crecido en un país tropical pero que estudie en !stados 9nidos qui"á no tenga ninguna experiencia con chispas o descargas de electricidad estática hasta que &l o ella pasen un in+ierno en ese país. !xplique porqu& RTA: es porque en un a!biente seco se facilita el interca!bio de cargas ya que la hu!edad en el aire provoca cualquier carga acu!ulada se fugue hacia la tierra :. !xplique las similitudes y diferencias entre la ley de la gra+itación uni+ersal de ne;ton y la ley de coulomb. RTA: La diferencia de la ley de la gravitaci$n universal es que la fuerza de atracci$n es terrestre, y la ley de coulu!b es fuerza de atracci$n o repulsi$n La si!ilitud es que a!bas fuerzas son directa!ente proporcionales al producto de las !aterias que se traba)an +!asa y carga y son directa!ente proporcionales a la distancia que los separa al cuadrado . 9n globo es cargado negati+amente al frotarlo despu&s se adhiere a la pared. 0ignifica que la pared tiene carga positi+a# RTA: -o, la pared se considera co!o tierra, que sirve para desechar la carga, por eso tiende !antenerse pegado 7*or qué el globo ter!ina por caer0 %s porque ter!ina el interca!bio de carga 4. !s posible que un campo el&ctrico exista espacio +acío# !xplique. Considere el punto < en la figura 2$.21= !n este punto existe carga el&ctrica# >ay alguna fuer"a en dicho punto# !xiste un campo en dicho punto# RTA: #i e&iste co!o por e)e!plo en foco energizado, la actividad afecta a la carga reaccionando con una fuerza #i debe tener algo que lo genere, si la que se for!a por las cargas, si porque un ca!po eléctrico es contin3o $sea que e&iste en todos los puntos
.? i( Clasifique las magnitudes de las fuer"as que la partícula con carga < e)erce sobre la partícula con carga @, ubicada a la distancia r de <, de mayor a menor, en los siguientes casos. !n su clasificación anote cualquier caso de igualdad. a( q
RTA: 8ayor a qA2 9 n;, q<2 9 n;, r2 9c! 12=e qA2 >?n;, q<2 9n;, r2 @c! 12 =- a es igual a e b qA2 @n;, q<2 n;, r2 9c!, 12BC?- b es igual a c c qA2 n;, q<2 @n;, r2 9c!, 12BC?!enor d qA2 @n;, q<2 9 n;, r2 @c!, 12Bii( Clasifique las magnitudes de los campos el&ctricos que genera la partícula con carga < en la posición de la partícula con carga @, a una distancia r de <, de mayor a menor, en los mismos casos. !n su clasificación anote cualquier caso de igualdad. 8ayor b qA2 @n;, q<2 n;, r2 9c! %2BC?-E; a qA2 9 n;, q<2 9 n;, r2 9c! %2>?-E; a es igual a e e qA2 >?n;, q<2 9n;, r2 @c! %2>?-E; d qA2 @n;, q<2 9 n;, r2 @c! %2@-E; !enor c qA2 n;, q<2 @n;, r2 9c! %299?-E; 12. !xplique por qu& las líneas de un campo el&ctrico )amás se cru"an. 0ugerencia empiece por explicar la ra"ón de que en un punto en particular el campo el&ctrico debe tener sólo una dirección. RTA: *orque en cada punto debe de estar un ca!po eléctrico bien definido por un vector, las l'neas ca!po eléctrico son radiales, cada l'nea puede tener un vector en cualquier punto de esa l'nea, si se llegarán a cruzar tendr'a 9 vectores de ca!po eléctrico diferentes por lo tanto es incorrecto ya que solo le corresponde vector de ca!po eléctrico a tal punto 1$. %as figuras 2$.12 y 2$.1$ muestran tres +ectores de campo el&ctrico en el mismo punto. 0i extrapola la figura 1.1 podría obtener muchas líneas de campo el&ctrico en el mismo punto. !s cierto que 7no es posible que dos líneas de campo se crucen8# !stán bien dibu)ados los diagramas# !xplique sus respuestas RTA: -o pueden cortarse las l'neas de ca!po de una !is!a carga, en esté caso son 9 cargas diferentes, cada una posee su respectivo ca!po eléctrico y por lo tanto el vector neto, es la su!a vectorial de los ca!pos eléctricos, por lo tanto el diagra!a está bien dibu)ado 1. %a +ida sería distinta si los electrones tu+ieran carga positi+a y los protones carga negati+a# %a elección de los signos el&ctricos tiene alguna importancia sobre las interacciones físicas y químicas# Por qu&# RTA: #er'a diferente debido a las !asas y la fuerza gravitacional sobre ellas, el prot$n es !ás pesado que el electr$n seguir'a en el n3cleo aunque tuvieran cargas invertidas 2B. Considere 2 dipolos el&ctricos en el espacio +acío. Cada dipolo tiene carga neta cero. !xiste entre los dipolos una fuer"a el&ctrica es decir, 2 ob)etos con carga neta cero pueden e)ercer fuer"as el&ctricas uno sobre otro# 0i es así, %a fuer"a es atracción o de repulsión# RTA: -o hay fuerza, porque tienen carga y carga neta
