viernes, 9 de octubre de 2009
jueves, 8 de octubre de 2009
Ley de Coulomb
La ley de Coulomb puede expresarse como:
La magnitud de cada una de las fuerzas eléctricas con que interactúan dos cargas puntuales en reposo es directamente proporcional al producto de la magnitud de ambas cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa.
Coulomb desarrolló la balanza de torsión con la que determinó las propiedades de la fuerza electrostática. Este instrumento consiste en una barra que cuelga de una fibra capaz de torcerse. Si la barra gira, la fibra tiende a regresarla a su posición original, con lo que conociendo la fuerza de torsión que la fibra ejerce sobre la barra, se puede determinar la fuerza ejercida en un punto de la barra.La ley de Coulomb tambien conocida como ley de cargas tiene que ver con las cargas electricas de un material, es decir , depende de sus cargas sean negativas o positivas.
Variación de la Fuerza de Coulomb en función de la distancia.
En la barra de la balanza, Coulomb colocó una pequeña esfera cargada y a continuación, a diferentes distancias, posicionó otra esfera también cargada. Luego midió la fuerza entre ellas observando el ángulo que giraba la barra.
Dichas mediciones permitieron determinar que:
La fuerza de interacción entre dos cargas y duplica su magnitud si alguna de las cargas dobla su valor, la triplica si alguna de las cargas aumenta su valor en un factor de tres, y así sucesivamente. Concluyó entonces que el valor de la fuerza era proporcional al producto de las cargas:
y
en consecuencia:
Si la distancia entre las cargas es , al duplicarla, la fuerza de interacción disminuye en un factor de 4 (2²); al triplicarla, disminuye en un factor de 9 (3²) y al cuadriplicar , la fuerza entre cargas disminuye en un factor de 16 (4²). En consecuencia, la fuerza de interacción entre dos cargas puntuales, es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia:
Asociando ambas relaciones:
Finalmente, se introduce una constante de proporcionalidad para transformar la relación anterior en una igualdad:
Comparación entre la Ley de Coulomb y la Ley de la Gravitación Universal
Esta comparación es relevante ya que ambas leyes dictan el comportamiento de dos de las fuerzas fundamentales de la naturaleza mediante expresiones matemáticas cuya similitud es notoria.
La ley de la gravitación universal establece que la fuerza de atracción entre dos masas es directamente proporcional al producto de las mismas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa.
Expresándolo matemáticamente: siendo la constante de gravitación universal, y las masas de los cuerpos en cuestión y r la distancia entre los centros de las masas. vale 6,67·10-11 Nm2/kg2.
A pesar del chocante parecido en las expresiones de ambas leyes se encuentran dos diferencias insoslayables.
La primera es que en el caso de la gravedad no se han podido observar masas de diferente signo como sucede en el caso de las cargas eléctricas, y la fuerza entre masas siempre es atractiva.
La segunda tiene que ver con los órdenes de magnitud de la fuerza de gravedad y de la fuerza eléctrica. Para aclararlo analizaremos como actúan ambas entre un protón y un electrón en el núcleo de hidrógeno.
La separación promedio entre el electrón y el protón es de 5,3·10-11 m.
La carga del electrón y la del protón valen y respectivamente y sus masas son y .
Sustituyendo los datos:
.
Al comparar resultados se observa que la fuerza eléctrica es de unos 39 órdenes de magnitud superior a la fuerza gravitacional.
Lo que esto representa puede ser ilustrado mediante un ejemplo muy llamativo.
1 C equivale a la carga que pasa en 1 s por cualquier punto de un conductor por el que circula una corriente de intensidad 1 A constante. En viviendas con tensiones de 220 Vrms, esto equivale a un segundo de una bombilla de 220 W (120 W para las instalaciones domésticas de 120 Vrms).
Si fuera posible concentrar la mencionada carga en dos puntos con una separación de 1 metro, la fuerza de interacción sería:
, o sea, ¡916 millones de kilopondios, o el peso de una masa de casi un millón de toneladas (un teragramo)!
Si tales cargas se pudieran concentrar de la forma indicada más arriba, se alejarían bajo la influencia de esta enorme fuerza, ¡aunque tuvieran que arrancarse del acero sólido para hacerlo!
Si de esta hipotética disposición de cargas resultan fuerzas tan enormes, ¿por qué no se observan despliegues dramáticos debidos a las fuerzas eléctricas? La respuesta general es que en un punto dado de cualquier conductor nunca hay demasiado alejamiento de la neutralidad eléctrica. La naturaleza nunca acumula un Coulomb de carga en un punto.
La ley de Coulomb puede expresarse como:
La magnitud de cada una de las fuerzas eléctricas con que interactúan dos cargas puntuales en reposo es directamente proporcional al producto de la magnitud de ambas cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa.
Coulomb desarrolló la balanza de torsión con la que determinó las propiedades de la fuerza electrostática. Este instrumento consiste en una barra que cuelga de una fibra capaz de torcerse. Si la barra gira, la fibra tiende a regresarla a su posición original, con lo que conociendo la fuerza de torsión que la fibra ejerce sobre la barra, se puede determinar la fuerza ejercida en un punto de la barra.La ley de Coulomb tambien conocida como ley de cargas tiene que ver con las cargas electricas de un material, es decir , depende de sus cargas sean negativas o positivas.
Variación de la Fuerza de Coulomb en función de la distancia.
En la barra de la balanza, Coulomb colocó una pequeña esfera cargada y a continuación, a diferentes distancias, posicionó otra esfera también cargada. Luego midió la fuerza entre ellas observando el ángulo que giraba la barra.
Dichas mediciones permitieron determinar que:
La fuerza de interacción entre dos cargas y duplica su magnitud si alguna de las cargas dobla su valor, la triplica si alguna de las cargas aumenta su valor en un factor de tres, y así sucesivamente. Concluyó entonces que el valor de la fuerza era proporcional al producto de las cargas:
y
en consecuencia:
Si la distancia entre las cargas es , al duplicarla, la fuerza de interacción disminuye en un factor de 4 (2²); al triplicarla, disminuye en un factor de 9 (3²) y al cuadriplicar , la fuerza entre cargas disminuye en un factor de 16 (4²). En consecuencia, la fuerza de interacción entre dos cargas puntuales, es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia:
Asociando ambas relaciones:
Finalmente, se introduce una constante de proporcionalidad para transformar la relación anterior en una igualdad:
Comparación entre la Ley de Coulomb y la Ley de la Gravitación Universal
Esta comparación es relevante ya que ambas leyes dictan el comportamiento de dos de las fuerzas fundamentales de la naturaleza mediante expresiones matemáticas cuya similitud es notoria.
La ley de la gravitación universal establece que la fuerza de atracción entre dos masas es directamente proporcional al producto de las mismas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa.
Expresándolo matemáticamente: siendo la constante de gravitación universal, y las masas de los cuerpos en cuestión y r la distancia entre los centros de las masas. vale 6,67·10-11 Nm2/kg2.
A pesar del chocante parecido en las expresiones de ambas leyes se encuentran dos diferencias insoslayables.
La primera es que en el caso de la gravedad no se han podido observar masas de diferente signo como sucede en el caso de las cargas eléctricas, y la fuerza entre masas siempre es atractiva.
La segunda tiene que ver con los órdenes de magnitud de la fuerza de gravedad y de la fuerza eléctrica. Para aclararlo analizaremos como actúan ambas entre un protón y un electrón en el núcleo de hidrógeno.
La separación promedio entre el electrón y el protón es de 5,3·10-11 m.
La carga del electrón y la del protón valen y respectivamente y sus masas son y .
Sustituyendo los datos:
.
Al comparar resultados se observa que la fuerza eléctrica es de unos 39 órdenes de magnitud superior a la fuerza gravitacional.
Lo que esto representa puede ser ilustrado mediante un ejemplo muy llamativo.
1 C equivale a la carga que pasa en 1 s por cualquier punto de un conductor por el que circula una corriente de intensidad 1 A constante. En viviendas con tensiones de 220 Vrms, esto equivale a un segundo de una bombilla de 220 W (120 W para las instalaciones domésticas de 120 Vrms).
Si fuera posible concentrar la mencionada carga en dos puntos con una separación de 1 metro, la fuerza de interacción sería:
, o sea, ¡916 millones de kilopondios, o el peso de una masa de casi un millón de toneladas (un teragramo)!
Si tales cargas se pudieran concentrar de la forma indicada más arriba, se alejarían bajo la influencia de esta enorme fuerza, ¡aunque tuvieran que arrancarse del acero sólido para hacerlo!
Si de esta hipotética disposición de cargas resultan fuerzas tan enormes, ¿por qué no se observan despliegues dramáticos debidos a las fuerzas eléctricas? La respuesta general es que en un punto dado de cualquier conductor nunca hay demasiado alejamiento de la neutralidad eléctrica. La naturaleza nunca acumula un Coulomb de carga en un punto.
unidad 2 electrostatica
Unidad II.- Electrostática
2.1.- Campos electrostáticos en el vacio.
2.2.- Campos electrostáticos en el campo material.
2.3.- Problema con valores en las fronteras en electrostática.
Ley de Coulomb
F= k q1q2/r²
F= Fuerza de atracción o repulsión. (N)
k= cte de coulomb 9x10^9 (Nm²/c²)
q1q2= cargas eléctricas de coulond. (c)
r= distancia/ cargas (m)
Se eliminan los coulomb y los metros para quedar en función de N=Néwtones
Ejercicio.-
1.- Calcular la fuerza de atracción de dos cargas puntuales de 5c cuya separación es de 1m.
F= kq1q2/r²= (9x10^9)·(5)(5)/1= 2.25x10^11
ejercicio:
2.-Cual es la distancia de separación de dos cargas q1q2 de 10 y 15 coulomb, que experimenta una fuerza de repulsión de 5x10^6N.
r²= k·q1q2/f r=√k·q1q2/f
r=√(9x10^9)[(10)(15)/5x10^6= 519.61N3.
- Que fuerza experimenta una carga de 5 microcoulomb (Mc) cuya separación es de 2m.
F=(9x10^6)·(5000000)/2 = 2.25x10^13
4.-Una carga de 3x10^-6 se encuentra a 2m de una carga de -8x10^6 ¿Cual es la magnitud de la fuerza de atracción entre las cargas?
q1= 3x10^6c
q2=-8x10^6c
d=2m
k=9x10^9Nm²/c²
F=9x10^9·(3x10^6)(8x10^6)/(2)²
F= 0.054N
F=54x10^-3
Dos cargas eléctricas q1 y q2 se encuentran separadas "d" y experimentan una fuerza de repulsión de 40N. Si la distancia entre entre las cargas se duplica. ¿Cual es la magnitud de la nueva fuerza de repulsión?
F∞= q/r²
40N= q/(2r)²= q/4r²
F/r²= 40N/(2)² = 40/4= 10N
Campo EléctricoRegión del espacio que rodea una carga eléctrica.La magnitud del campo eléctrico producido por un campo de fuerza F sobre una carga de prueba q se obtiene con la formula;
E= F/q
F= Magnitud del campo de fuerza. (N)
q= Carga de prueba. (c)
E= Magnitud de campo eléctrico. (N/c)
La magnitud del campo eléctrico producido por una carga puntual q a una distancia d , de ella se obtiene con la formula ;
E= k·q/d²
k=9x10^9 (Nm²/c²)
q= Carga de prueba. (c)
E= Magnitud de campo eléctrico. (m)
E= Nm²/c²·c/m²= N/c
Ejercicios.-
1.- Una carga de 5x10^-6c se introduce a una región donde actúa un campo de fuerza de 0.04N. ¿Cual es la intencidad del campo eléctrico en esa región?
E=0.04N/5x10^-6= 8000 N/c2.-
2:-El campo electrico de distancia d, d e una carga q es E, si la distancia se reduce a una cuarta parte. ¿Cual es la nueva magnitu del campo electrico?
E= k·q/d² =
2.1.- Campos electrostáticos en el vacio.
2.2.- Campos electrostáticos en el campo material.
2.3.- Problema con valores en las fronteras en electrostática.
Ley de Coulomb
F= k q1q2/r²
F= Fuerza de atracción o repulsión. (N)
k= cte de coulomb 9x10^9 (Nm²/c²)
q1q2= cargas eléctricas de coulond. (c)
r= distancia/ cargas (m)
Se eliminan los coulomb y los metros para quedar en función de N=Néwtones
Ejercicio.-
1.- Calcular la fuerza de atracción de dos cargas puntuales de 5c cuya separación es de 1m.
F= kq1q2/r²= (9x10^9)·(5)(5)/1= 2.25x10^11
ejercicio:
2.-Cual es la distancia de separación de dos cargas q1q2 de 10 y 15 coulomb, que experimenta una fuerza de repulsión de 5x10^6N.
r²= k·q1q2/f r=√k·q1q2/f
r=√(9x10^9)[(10)(15)/5x10^6= 519.61N3.
- Que fuerza experimenta una carga de 5 microcoulomb (Mc) cuya separación es de 2m.
F=(9x10^6)·(5000000)/2 = 2.25x10^13
4.-Una carga de 3x10^-6 se encuentra a 2m de una carga de -8x10^6 ¿Cual es la magnitud de la fuerza de atracción entre las cargas?
q1= 3x10^6c
q2=-8x10^6c
d=2m
k=9x10^9Nm²/c²
F=9x10^9·(3x10^6)(8x10^6)/(2)²
F= 0.054N
F=54x10^-3
Dos cargas eléctricas q1 y q2 se encuentran separadas "d" y experimentan una fuerza de repulsión de 40N. Si la distancia entre entre las cargas se duplica. ¿Cual es la magnitud de la nueva fuerza de repulsión?
F∞= q/r²
40N= q/(2r)²= q/4r²
F/r²= 40N/(2)² = 40/4= 10N
Campo EléctricoRegión del espacio que rodea una carga eléctrica.La magnitud del campo eléctrico producido por un campo de fuerza F sobre una carga de prueba q se obtiene con la formula;
E= F/q
F= Magnitud del campo de fuerza. (N)
q= Carga de prueba. (c)
E= Magnitud de campo eléctrico. (N/c)
La magnitud del campo eléctrico producido por una carga puntual q a una distancia d , de ella se obtiene con la formula ;
E= k·q/d²
k=9x10^9 (Nm²/c²)
q= Carga de prueba. (c)
E= Magnitud de campo eléctrico. (m)
E= Nm²/c²·c/m²= N/c
Ejercicios.-
1.- Una carga de 5x10^-6c se introduce a una región donde actúa un campo de fuerza de 0.04N. ¿Cual es la intencidad del campo eléctrico en esa región?
E=0.04N/5x10^-6= 8000 N/c2.-
2:-El campo electrico de distancia d, d e una carga q es E, si la distancia se reduce a una cuarta parte. ¿Cual es la nueva magnitu del campo electrico?
E= k·q/d² =
miércoles, 7 de octubre de 2009
viernes, 2 de octubre de 2009
ejercicios de clase
problemas en clases
1.- Dados los vectores A= 2i - 3j - k y B= i + 4j - 2khallar:a) A x Bb) A . Bc) A + Bd) A - Be) B x A
A) AXB
B) A.B
C)A + b
D)A - B
E) B X A
ea del triangulo cuyos vertices son los puntos P(1,3,2) G(2,-1,1) R(1,2,3)a= PG= (1,-4,-1)=i-4j-k
b=PR= (0,-1,1)=-j+k
AxB= -4(1)i + (-1)(0)j + (1)(-1)k - (-4)(0)k + (-1)(-1)i + (1)(1)j
AxB= -4(1)i + (-1)(0)j + (1)(-1)k - J + J=
AxB= -5i + j - k
3.- Determinar el vector unitario perpendicular al plano formado por A=2i - 6j - 3k y B = 4i + 3j - k
4.- Hallar (2i - 3j) . (( i + j - k) x ( 3i - k))= (2i - 3j) (3i + j - k)
= 6i - 3j - k
5.- Hallar el angulo formado por a) A= 3i + 2j - 6k y B= 4i - 3j + k
6.- Para que valores de A= ai - 2j + k y B= 2ai + aj - 4k son perpendiculares
BX= Bcos37º= 14.3754 m
BY= Bsen37º= 10.8326 m
AX= -12 m
Ay= θ
use el metodo de componentes para obtener la magnitud y dirección de :
A) A + B
B) La suma vectorial B+A
C) La diferencia vectorial A-B
D) La diferencia vectorial B-A
A) -(-12 m + 14.37 m ) + ( 10.38)
Fx= 2.37 m Fy= 10.38 m
B) 14.37 + (-12 m ) Fy= 10.8326 + 0
Fx= 2.37 m Fy= 10.8326
C) -12 m -18 m = -30m
D) 18 - (-12) = 30 m
1.- Dados los vectores A= 2i - 3j - k y B= i + 4j - 2khallar:a) A x Bb) A . Bc) A + Bd) A - Be) B x A
A) AXB
B) A.B
C)A + b
D)A - B
E) B X A
ea del triangulo cuyos vertices son los puntos P(1,3,2) G(2,-1,1) R(1,2,3)a= PG= (1,-4,-1)=i-4j-k
b=PR= (0,-1,1)=-j+k
AxB= -4(1)i + (-1)(0)j + (1)(-1)k - (-4)(0)k + (-1)(-1)i + (1)(1)j
AxB= -4(1)i + (-1)(0)j + (1)(-1)k - J + J=
AxB= -5i + j - k
3.- Determinar el vector unitario perpendicular al plano formado por A=2i - 6j - 3k y B = 4i + 3j - k
4.- Hallar (2i - 3j) . (( i + j - k) x ( 3i - k))= (2i - 3j) (3i + j - k)
= 6i - 3j - k
5.- Hallar el angulo formado por a) A= 3i + 2j - 6k y B= 4i - 3j + k
6.- Para que valores de A= ai - 2j + k y B= 2ai + aj - 4k son perpendiculares
BX= Bcos37º= 14.3754 m
BY= Bsen37º= 10.8326 m
AX= -12 m
Ay= θ
use el metodo de componentes para obtener la magnitud y dirección de :
A) A + B
B) La suma vectorial B+A
C) La diferencia vectorial A-B
D) La diferencia vectorial B-A
A) -(-12 m + 14.37 m ) + ( 10.38)
Fx= 2.37 m Fy= 10.38 m
B) 14.37 + (-12 m ) Fy= 10.8326 + 0
Fx= 2.37 m Fy= 10.8326
C) -12 m -18 m = -30m
D) 18 - (-12) = 30 m
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