LICEO N° 1 de PASO DE LOS TOROS 3° BACHILLERATO DIVERSIFICADO Curso de FÍSICA - 2015 Prof. Oscar F. Sosa Repartido I – Propiedades de la Carga Eléctrica y Ley de Coulomb Fecha de Entrega: Jueves 9 de Abril de 2015.1 1. Dos esferas conductoras idénticas, que tienen carga de signo opuesto, se atraen entre sí con una fuerza FA=0,108N, cuando están separadas una distancia de 50cm. Las esferas se conectan por medio de un alambre conductor y se retira. Las esferas ahora se repelen entre sí con una fuerza FR=0,0360N. ¿Cuál era la carga inicial de cada esfera? 2. (*) Dos partículas cargadas de igual masa, valor y signo (q1=q2=+3,0µC) se encuentran separadas 200mm. a) Calcula y representa las fuerzas que se ejercen mutuamente. ¿Son las dos de igual valor? Justifique. b) ¿A qué distancia deben estar para que la fuerza entre ellas sea de 0,70N? c) Si se duplica la separación entre ellas, ¿qué ocurrirá con la fuerza eléctrica? d) ¿Cambiaría la fuerza eléctrica si la masa de las partículas cargadas fuera distinta? Justifique. e) Si se duplica la carga de la partícula 1, ¿las fuerzas entre ellas serían iguales? Justifique. Charles Agustín COULOMB (1736 - 1806) 3. Dos cargas, q1= +2,0μC y q2= -6,0μC, están localizadas en A (-2,00m; -2,00m) y B (3,00m; 3,00m), respectivamente. Determinar: 𝐹12 y 𝐹21 q2 4. (*) Una pequeña esfera de masa 1,30g tiene una carga q2 de +9,0nC. Calcular el valor y signo de q1, para que q2 quede suspendida en el aire a una altura de 20cm. (Ver figura) 5. En promedio, el electrón y el protón en un átomo de hidrógeno están separados por una distancia de r=5,3x10-11m. Suponiendo circular la órbita del electrón. a) ¿Cuál es el módulo de la fuerza eléctrica que actúa sobre el electrón? Represéntela. b) ¿Cuál es la rapidez orbital del electrón? c) ¿Cuál es el módulo de la aceleración centrípeta del electrón en unidades de 𝑔? 1 20cm q1 𝒗 ep+ r La entrega mínima debe contener los problemas marcados con asterisco (*), que en este repartido son: N° 2, 4, 6, 8 y 10. 1 6. (*) Dos cargas de q1= +2,5μC y de q2= -3,5μC están a 60cm de distancia una de otra como se muestra en la figura. ¿Dónde se podría colocar una carga positiva q3 de modo qué la fuerza neta sobre la misma sea nula? q1 q2 60cm 7. Dos esferas idénticas de corcho de masa m=32g, están suspendidas de un mismo punto por medio de dos hilos de longitud L=10cm, y forman un angulo θ=14,5° con la vertical. a) Represente las fuerzas que actúan sobre una de las esferas. b) Encontrar el valor de la carga q que poseen los cuerpos, una vez que han logrado el equilibrio. 8. (*) Dos esferas idénticas con masa m, están suspendidas de hilos sintéticos con longitud L, como se muetra en la figura. Cada esfera tiene la misma carga, por lo que q1=q2=q. El radio de cada esfera es muy pequeño en comparación con la distancia entre las esferas, por lo que pueden considerarse cargas puntuales. Suponga que el angulo θ es pequeño. a) Si el sistema está en equilibrio, demuestre que la distancia de separación “r” esta dada como: 1/3 𝑞2 𝐿 𝑟= 2𝜋𝜀0 𝑚𝑔 Sugerencia: si θ es pequeño, entonces θ ≅ 𝑠𝑒𝑛𝜃. b) Si las pequeñas esferas son conductoras e idénticas, y una de ellas se descarga, explique que pasará y determine la nueva distancia de separación en función de r. 9. a) El átomo de helio tiene dos protones en su núcleo, ¿por qué no se repelen entre sí? b) ¿Por qué los electrones no caen al núcleo por la acción de fuerza eléctrica? c) ¿Existen partículas dentro de los protones y los electrones? Explique. d) Las fuerzas gravitacionales se asocian a una propiedad básica de la materia: la masa. ¿A qué propiedad se asocian las fuerzas electrostáticas? e) Las constante de gravitación universal (G=6,67x10-11N.m2/kg2) tiene un valor numérico muchísimo menor que la constante K de la ley de Coulomb, ¿qué consecuencia tiene esto en el valor de dichas fuerzas? f) En nuestra experiencia cotidiana, ¿cuáles tienen efectos más apreciables? ¿por qué? 10. (*) Tres cargas se colocan como se ilustra en la figura. El valor de q1 es de 2,0µC pero no se conoce su signo, para la carga q2, no se conoce su signo ni su valor. La carga q3 es positiva con un valor de 4,0µC, y la fuerza neta sobre q3 tiene dirección negativa sobre el eje x. a) Como no se conocen los signos de q1 y q2 asigne diferentes signos a las cargas q1 y q2 y dibuje las cuatros configuraciones que muestren la fuerza neta que se ejercen sobre q3. b) Considerando la configuración correcta, deduzca los signos de las cargas q1 y q2, y calcule el valor de q2, como el módulo de la fuerza neta 𝐹 sobre q3. 2
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