Material para trabajo a distancia Ley de Coulomb

LICEO DE CONSTITUCIÓN[pic 1]

Material para trabajo a distancia Ley de Coulomb

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Introducción: Estructura y interacciones de la materia.

Conocemos que la materia es “todo aquello que ocupa un lugar en el espacio”, y sabemos que la materia está constituida por moléculas; las moléculas por átomos y los átomos por su núcleo y la nube de electrones; el núcleo por protones y neutrones.

También conocemos las dos propiedades intrínsecas de la materia: masa y energía. Y definimos energía como “la capacidad para realizar trabajo”; por otro lado, el concepto de masa lo podemos definir como la medida cuantitativa de la inercia que posee un cuerpo.

Con lo anterior podemos dar lugar a la interacción gravitacional descrita por la ley de gravitación universal de Newton:

𝐹 = 𝐺

𝑚1𝑚2

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𝑑2

Donde 𝑚1 y 𝑚2 son las masas de cuerpos que interactúan, y 𝑑 la distancia que los separa;𝐺es una constante universal equivalente a 6.67 × 1011 y 𝐹 se denomina la fuerza gravitacional (gravedad). Hemos visto que la gravedad es un efecto a distancia. Tambien, a base de la anterior podemos definir el campo gravitacional:

𝑚

𝑔 = 𝐺 𝑑2[pic 6]

Quedando la gravedad, en forma compacta, como 𝐹 = 𝑚𝑔, ecuación del movimiento de la segundad ley de Newton, se interpreta que la gravedad 𝐹 aplicada a un objeto de masa 𝑚, le produce una aceleración 𝑔, conocida como aceleración de gravitacional. Esta última ecuación se

𝐹

puede reordenar y escribir como 𝑔 =

, lo cual significa: la intensidad del campo gravitacional

𝑚[pic 7]

representa la fuerza gravitacional aplicada por unidad de masa del objeto al que se le aplica. En palabras simples, cualquier objeto que tenga masa, por más pequeño que sea, producirá a su alrededor un campo de fuerzas (campo gravitacional), que se manifiesta en el momento en el que otro objeto entre en su zona de acción. Decimos que la gravedad se aplica por medio de un campo gravitacional.

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Cargas eléctricas

Los protones (+) y electrones (-) poseen dos propiedades intrínsecas: la masa (la cual ya se mencionó) y la carga eléctrica. Esta última propiedad es responsable de la llamada interacción eléctrica, esta interacción fue observada por primera vez por el filósofo Tales de Mileto (624-543 a.C.) el cual froto un trozo de ámbar (resina fosilizada) vigorosamente y observo que atraía pequeños trozos de materia, como paja o cascaras de granos. Luego, siglos después, el científico Williams Gilbert (1540-1603) observo de manera sistemática el comportamiento de varios materiales que adquirían la capacidad de atraer pequeños pedazos de materia luego de ser frotados, al igual que el ámbar. Por lo cual Gilbert utilizó el término “eléctrico” (del griego para ámbar:/elektron/). La palabra eléctrico significaba que “poseía propiedades similares a las del ámbar.

Cerca de 200 años después, Benjamín Franklin (1706-1790) se interesó en el estudio de los fenómenos eléctricos, experimentando con dos varillas de vidrio se fijó que al frotarlas con seda estas tendían a repelerse entre sí, y lo mismo sucedía si frotaba dos varillas de plástico con lana. Sin embargo, observo que al acercar una de las varillas de vidrio con una de plástico se producía un efecto de atracción. Esto lo llevo a proponer la existencia de dos tipos de cargas eléctricas: positivas (las que poseían los cuerpos que eran repelidos por la varilla de vidrio) y negativas (las que poseían los cuerpos que eran repelidos por la varilla de plástico).

A partir de las interacciones echas por Franklin, planteó un modelo que explicará las interacciones eléctricas. Él considero -metafóricamente- la carga eléctrica como un “fluido”, y que toda la materia tiene la misma cantidad de fluido positivo como negativo. Pero que los niveles de dichos fluidos pueden verse afectados por el frotamiento, el cual eliminaría parte del fluido negativo, provocando que el cuerpo quede cargado positivamente, de igual forma un cuerpo quedaría cargado negativamente cuando se le agrega fluido negativo.

Experimentos realizados posteriores a Franklin demostraron que el electrón tiene carga negativa, y el protón tiene carga positiva. Por lo que en condiciones normales los átomos son eléctricamente neutros (igual número de protones y electrones). Pero solo se le pueden quitar electrones a un material, NO protones, por lo que un cuerpo queda cargado negativamente cuando recibe electrones y queda cargado positivamente cuando da electrones.

Entonces, llegamos a la conclusión de que el termino carga eléctrica es una propiedad intrínseca de la materia que se manifiesta cuando su estructura molecular está desbalanceada.

Debemos considerar las siguientes aseveraciones:

1. La fuerza eléctrica es una magnitud vectorial, por lo tanto, hay que considerar suma de vectores.
2. Si Fe es > 0, hay repulsión; entonces q1 y q2 tienen la misma carga.
3. Si Fe es < 0, hay atracción; entonces q1 y q2 tienen distinta carga.

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Principio de conservación de la carga

De acuerdo con resultados experimentales, el principio de conservación de la carga establece que no hay destrucción ni creación neta de carga eléctrica, por lo que en todo proceso electromagnético la carga total de un sistema aislado se conserva.

Medición de la carga eléctrica

El valor de la carga eléctrica de un cuerpo, representada como q o Q, se mide según el número de electrones que posea (en exceso o defecto). En el Sistema Internacional de

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