TP1_DIDACTICA FISICA

PREGUNTAS DE ANÁLISIS CAPÍTULO 21:

P21.1. Si usted desprende dos tiras de cinta adhesiva transparente del mismo carrete y de inmediato las deja colgando una cerca de la otra, se repelerán mutuamente. Si luego pega el lado con adhesivo de una con el lado brillante de la otra y las separa, se atraerán entre sí. Dé una explicación convincente donde intervenga la transferencia de electrones entre las tiras de cinta en esta secuencia de eventos.

• Al despegar las dos tiras de cinta, se transfieren electrones entre el carretel y las tiras de cinta, quedando las dos tiras de cinta con la misma carga, lo cual hace a las dos tiras de cinta repelerse entre sí.

Cuando se pegan los dos trozos de cinta ocurre nuevamente la transferencia de electrones por lo que quedan ambos con diferentes cargas y se atraen entre sí.

P21.2. Dos esferas de metal cuelgan de cordones de nailon, y cuando se les acerca una a la otra tienden a atraerse. Con base en esta sola información, analice todas las maneras posibles en que las esferas pudieran estar cargadas. ¿Sería posible que después de que las esferas se toquen quedarán pegadas? Explique su respuesta.

• Las formas en que las esferas pueden estar cargadas son:

• Una esfera negativa y la otra positiva.
• Una esfera neutra (equilibrio entre sus cargas positivas y negativas) y la otra positiva.
• Una esfera neutra y la otra negativa.

No ocurre nada cuando las esferas se juntan ya que se traspasan electrones y las cargas quedan en equilibrio.

P21.3. La fuerza eléctrica entre dos partículas cargadas se hace más débil a medida que aumenta la distancia. Suponga que la fuerza eléctrica fuera independiente de la distancia. En este caso, ¿un peine cargado haría que un aislante neutro se polarizara, como en la figura 21.8? ¿Por qué? ¿El aislante neutro sería atraído por el peine? Otra vez, ¿por qué?

• El peine al estar cargado presenta en su entorno un campo eléctrico, por lo cual el aislante neutro si se podría polarizar. Por otro lado, al no depender de la distancia el valor de la fuerza es constante.

Se puede producir la polarización del aislante neutro, si ocurre un movimiento de cargas internas, debido a este movimiento de cargas internas en algún momento estarán las cargas desplazadas mayormente para un lado que para el otro, así que el aislante neutro se polarizara debido a la diferencia de carga que hay adentro.

• No se atraen puesto que las fuerzas son iguales al no depender de la distancia.

P21.4. Su ropa tiende a pegarse entre sí cuando regresa de la tintorería. ¿Por qué? ¿Esperaría más o menos atracción si la ropa estuviera hecha del mismo material (por ejemplo, algodón), que si estuviera hecha con distintas telas? De nuevo, ¿por qué? (Tal vez usted querrá experimentar con su próximo envío a la tintorería.)

• Esto sucede por la carga estática. Cuando se juntan dos materiales se pueden intercambiar electrones, también existen materiales que pierden electrones ya que presentan un débil enlace, en tanto hay otros materiales que ganan electrones ya que no está llena la capa externa de electrones.

Al presentar la misma carga eléctrica dos prendas del mismo material tienen mayor atracción que las de distinto material.

 P21.5. Una esfera de metal sin carga cuelga de un cordón de nailon. Cuando se le acerca una varilla de vidrio con carga positiva, la esfera es atraída hacia la varilla. Pero si la esfera toca la varilla, de pronto se aleja de la varilla. Explique por qué la esfera primero es atraída y luego repelida.

• Esto es debido a la carga por inducción (el fenómeno de la inducción explica que al acercar al cuerpo descargado otro cargado, provoca la atracción de los iones de distinto signo repeliendo a los del mismo signo). Es decir, que cuando se acerca la varilla de vidrio con carga positiva los electrones que están dentro de la esfera se reorganizan.

La esfera permanece cargada negativamente en la región que está más cerca de la varilla y cargada positivamente hacia el otro lado. Una parte de los electrones de la varilla de vidrio se traspasan a la esfera en el momento en el que se tocan (la varilla queda menos positiva), debido a esto tanto la varilla como la esfera quedan cargados positivamente esto hace que se repelan después de tocarse.

P21.6. Los electrones libres en un metal son atraídos por gravedad hacia la Tierra. Entonces, ¿por qué no se asientan en el fondo del conductor, como los sedimentos en el fondo de un río?

• Las fuerzas de repulsión entre los electrones es más grande que la fuerza de gravedad es por esto que los electrones no se asientan en el fondo del conductor.

P21.7. Algunos de los electrones en un buen conductor (como el cobre) se mueven a rapideces de 10^6 m/s o más rápido. ¿Por qué no escapan volando del conductor?

• La fuerza que realizan los núcleos de los átomos de cobre es mayor por lo tanto no pueden escapar volando, es decir, ya que es mayor la fuerza ejercida por los núcleos hacen volver a los electrones.

P21.8. Es común que los buenos conductores eléctricos, como los metales, también sean buenos conductores del calor; asimismo los aislantes eléctricos, como la madera, por lo general son malos conductores del calor. Explique por qué debe haber una relación entre la conducción eléctrica y la conducción del calor en estos materiales.

• En general, los buenos conductores de electricidad (metales) también son buenos conductores de calor, esto es por el movimiento de electrones, al calentarse vibran con más velocidad. Mientras que los aislantes eléctricos (madera) son malos conductores, debido a que no hay movimiento de electrones y por lo tanto no vibran.

P21.9. Defienda el siguiente enunciado: “Si en todo el Universo sólo hubiera una partícula cargada eléctricamente, el concepto de carga eléctrica carecería de significado.”

• Al existir una sola partícula cargada eléctricamente no podría interactuar (ejercer acción o influencia) con nada, a causa de esto  no se formaría un campo eléctrico, por lo tanto no tiene sentido y debería modificarse totalmente el significado de carga eléctrica.

P21.10. Dos objetos metálicos idénticos están montados en soportes aislantes. Describa como podría colocar cargas de signo opuesto, pero de exactamente igual magnitud en los dos objetos.

• Se podría decir que los dos objetos que están sobre los soportes aislantes son dos esferas, sabiendo esto se tendría que colocar las dos esferas juntas de tal modo que estén en contacto, luego se le acerca una varilla cargada (puede estar cargada positiva o negativamente) logrando que por inducción se separen las cargas, por último se separan ambas esferas y se aleja la varilla, las esferas quedan con cargas de signos  opuestos y de igual magnitud.

P21.11. Se puede utilizar la envoltura de plástico para alimentos al cubrir un contendedor, estirándola en la parte superior y luego presionando las partes que cuelgan contra los lados. ¿Por qué es pegajosa? (Sugerencia: la respuesta incluye la fuerza eléctrica.) ¿La envoltura para alimentos se adhiere a sí misma con igual tenacidad? ¿Por qué? ¿Funcionaría con contenedores metálicos? Otra vez, ¿por qué?

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