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Fisica 2° · 2024
Libro de Física 2 BGU

Ministerio de Educación del Ecuador

125/274

Tema 9: Ley de Coulomb — introducción, criterios de evaluación y saberes previos

📄 introduccion fisica 🎓 bachillerato · 2° BGU Ecuador 🇪🇨 EC 🗣 Español
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Respuesta rápida

  1. El globo electrizado polariza la pared y queda atraído. 2) Cargas opuestas se atraen, iguales se repelen, con F=k_e|q_1q_2|/r^2 y F_{12}=-F_{21}.
fisica ⭐⭐ Dificultad 2/5 ⏱ 4 min lectura

Solución — Página 125

Fisica 2° · 2024

1
Ejercicio 1

Explica qué sucede cuando frotas un globo en tu cabello y luego lo acercas a una pared (Saberes previos).

  1. Al frotar el globo, se transfieren electrones del cabello al globo: el globo adquiere carga neta negativa y el cabello carga positiva.
  2. El globo queda electrizado por conducción/rozamiento; sus cargas están más o menos repartidas en la superficie.
  3. Al acercarlo a la pared (un cuerpo neutro), el globo atrae electrones de la superficie de la pared hacia la cara más cercana, dejando carga positiva en la cara opuesta: esto es polarización electrostática.
  4. Como la cara positiva de la pared queda más cerca que la negativa, la fuerza de atracción resultante es mayor que la de repulsión (proporcional a \frac{1}{r^{2}}).
  5. Consecuencia observable: el globo se pega a la pared.
Respuesta

El globo, electrizado por el frotamiento, polariza electrostáticamente la pared y queda atraído a ella, pegándose en su superficie.

2
Ejercicio 2

Explica a alguien por qué las cargas opuestas se atraen y las iguales se repelen (Saberes previos).

  1. La Ley de Coulomb dice que la fuerza entre dos cargas puntuales tiene magnitud \left|\boldsymbol{F}\right| = k_{\mathrm{e}}\frac{\left|q_{1}\,q_{2}\right|}{r^{2}}, con k_{\mathrm{e}} \approx 8{,}99\times 10^{9}\ \mathrm{N\,m^{2}\,C^{-2}}.
  2. El signo del producto q_1 q_2 determina la dirección: si q_1 q_2 > 0 (cargas del mismo signo) los vectores se apuntan el uno al otro en sentido contrario → repulsión; si q_1 q_2 < 0 (signos opuestos) se apuntan el uno hacia el otro → atracción.
  3. Es la tercera ley de Newton: \boldsymbol{F}_{12} = -\boldsymbol{F}_{21}, de modo que \left|\boldsymbol{F}_1\right| = \left|\boldsymbol{F}_2\right|: las fuerzas son iguales y opuestas.
  4. Analogía útil: dos imanes idénticos orientados con el mismo polo se rechazan; con polos opuestos se atraen.
  5. La intensidad de ambas situaciones depende del cuadrado de la distancia: al doble de distancia, la fuerza es cuatro veces menor (\frac{1}{r^{2}}).
Respuesta

Cargas del mismo signo se repelen y de signo opuesto se atraen, porque la fuerza electrostática tiene sentido determinado por el signo de q_1 q_2, con magnitud k_{\mathrm{e}}|q_1 q_2|/r^{2} y según la tercera ley de Newton.

Contenido de la página

TEMA 9: Ley de Coulomb

Fórmula central de la ley:

\left|\boldsymbol{F}_{1}\right| = \left|\boldsymbol{F}_{2}\right| = k_{\mathrm{e}}\frac{\left|q_{1}\times q_{2}\right|}{r^{2}}

Fuente imagen: https://n9.cl/sv0cvs


CRITERIOS DE EVALUACIÓN

CE.CN.F.5.10. Resuelve problemas de aplicación de la ley de Coulomb usando el principio de superposición, y argumenta los efectos de las líneas de campo alrededor de una carga puntual en demostraciones con material concreto, la diferencia de potencial eléctrico, la corriente eléctrica y estableciendo, además, las transformaciones de energía que pueden darse en un circuito alimentado por una batería eléctrica.

OBJETIVOS

OG.CN.1. Desarrollar habilidades de pensamiento científico con el fin de lograr flexibilidad intelectual, espíritu indagador y pensamiento crítico; demostrar curiosidad por explorar el medio que les rodea y valorar la naturaleza como resultado de la comprensión de las interacciones entre los seres vivos y el ambiente físico.


Saberes previos

  • ¿Qué sucede cuando frotas un globo en tu cabello y luego lo acercas a una pared?
  • ¿Cómo explicarías a alguien la idea de que cargas opuestas se atraen y cargas iguales se repelen?

Pie de página: 124 — Texto de Física

Ejemplos resueltos

Dos cargas q_1 = +3\ \mu\text{C} y q_2 = -5\ \mu\text{C} están separadas r = 0{,}20\ \text{m}. ¿Qué fuerza actúa entre ellas y de qué tipo es?

  1. Se convierten las cargas a coulombs: q_1 = 3\times10^{-6}\ \text{C}, q_2 = -5\times10^{-6}\ \text{C}.
  2. Se aplica la ley: \left|F\right| = k_e \dfrac{|q_1 q_2|}{r^2} = 8{,}99\times10^{9}\,\dfrac{(3\times10^{-6})(5\times10^{-6})}{(0{,}20)^2}.
  3. Se calcula el numerador: 8{,}99\times10^{9} \times 15\times10^{-12} = 0{,}1349\ \text{N}.
  4. Se divide entre r^2 = 0{,}04\ \text{m}^2: \left|F\right| = \dfrac{0{,}1349}{0{,}04} \approx 3{,}37\ \text{N}.
  5. Como q_1 q_2 < 0, la fuerza es de atracción.

Tabla

Situación Condición Resultado
Cargas del mismo signo (q_1q_2>0) Vectores en sentidos opuestos sobre la recta que las une Repulsión
Cargas de signo opuesto (q_1q_2<0) Vectores apuntando la una hacia la otra Atracción
Distancia al doble r \to 2r F \to F/4 (debido a 1/r^{2})

Fórmulas y ecuaciones

\left|\boldsymbol{F}\right| = k_{\mathrm{e}}\dfrac{\left|q_1 q_2\right|}{r^{2}}

\left|@@MATH_0@@_{1}\right| = \left|@@MATH_1@@_{2}\right| = k_{\mathrm{e}}\frac{\left|q_{1}\times q_{2}\right|}{r^{2}}

k_{\mathrm{e}} \approx 8{,}99\times10^{9}\ \mathrm{N\,m^{2}\,C^{-2}}

\boldsymbol{F}@@MATH_0@@_{21}

Glosario (7)

Ley de Coulomb
Ley física que cuantifica la fuerza de atracción o repulsión entre dos cargas puntuales en reposo, proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa.
Constante de Coulomb ($k_e$)
Constante electrostática con valor aproximado de $8{,}99\times10^{9}\ \mathrm{N\,m^{2}\,C^{-2}}$, que aparece en la ley de Coulomb y equivale a $\frac{1}{4\pi\varepsilon_0}$.
Carga puntual
Carga eléctrica considerada concentrada en un punto geométrico, cuyas dimensiones son despreciables frente a la distancia a otras cargas.
Atracción electrostática
Fuerza con la que dos cargas de signo opuesto se tienden a acercar ($q_1 q_2 < 0$).
Repulsión electrostática
Fuerza con la que dos cargas de igual signo se tienden a separar ($q_1 q_2 > 0$).
Polarización electrostática
Desplazamiento de las cargas de un cuerpo neutro al acercarse un cuerpo cargado, sin transferencia neta de carga.
Principio de superposición
Principio según el cual la fuerza resultante sobre una carga es la suma vectorial de las fuerzas ejercidas individualmente por cada una de las demás cargas.

Preguntas para practicar

¿Qué sucede cuando frotas un globo en tu cabello y luego lo acercas a una pared?

El globo se electriza por frotamiento (gana electrones) y, al acercarlo, polariza electrostáticamente la pared; la atracción resultante es mayor que la repulsión, de modo que el globo se pega a la pared.

¿Cómo explicarías a alguien la idea de que cargas opuestas se atraen y cargas iguales se repelen?

Por la ley de Coulomb: la fuerza vale $k_e|q_1q_2|/r^{2}$ y su sentido depende del signo de $q_1q_2$; las cargas de signo opuesto se atraen y las del mismo signo se repelen, siempre cumpliendo $\boldsymbol{F}_{12}=-\boldsymbol{F}_{21}$.

Temas y conceptos clave

Ley de CoulombFuerza electrostática entre cargas puntualesSaberes previos: electrificación y polarizaciónLey de CoulombConstante de Coulomb $k_e$Carga puntualAtracción y repulsiónPrincipio de superposiciónPolarización electrostáticaTercera ley de Newton

Fuentes y referencias

  • https://n9.cl/sv0cvs (fuente de la figura de la ley de Coulomb)
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Figuras de la página (2)

Dos diagramas: a la izquierda, dos cargas positivas iguales $+q_1$ separadas por $r$, con vectores de fuerza $F_1$ y $F_2$ apuntando hacia afuera (repulsión); a la derecha, una carga $+q_1$ y una $-q_2$ con vectores $F_1$ y $F_2$ apuntando uno hacia el otro (atracción). Debajo aparece la fórmula de la ley de Coulomb.
Figura 1 image
Icono de bombilla dentro de un recuadro redondeado que encabeza el bloque de "Saberes previos".
Figura 2 image

Preguntas que la gente también hace

¿Qué es la Ley de Coulomb y cómo se escribe su fórmula?
Consulta la solución completa arriba o explora el libro entero para temas relacionados.
¿Por qué el globo se pega a la pared cuando lo frotas?
Consulta la solución completa arriba o explora el libro entero para temas relacionados.
¿Qué diferencia hay entre atracción y repulsión electrostática?
Consulta la solución completa arriba o explora el libro entero para temas relacionados.
📌 Antes de leer esto
  • • Carga eléctrica elemental y conservación de la carga
  • • Unidades SI: coulomb (C), newton (N), metro (m)
  • • Concepto de fuerza y tercera ley de Newton
  • • Ley de las fuerzas inversamente proporcionales al cuadrado de la distancia
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Problemas de aplicación de la Ley de Coulomb con el principio de superposición
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TEMA 9:

Ley de Coulomb

F, F,

|F| =|B) =4, 22

Fuente: https:/in9.cl/svOcvs

CRITERIOS DE EVALUACION

CE.CN.F.5.10. Resuelve problemas de aplicación de la ley de Coulomb usando el principio de superposición, y argumenta los efectos de las líneas de campo alrededor de una carga puntual en demostraciones con material concreto, la diferencia de potencial eléctrico, la corriente eléctrica y estableciendo, además, las transformaciones de energía que pueden darse en un circuito alimentado por una batería eléctrica.

OBJETIVOS

OG.CN.1. Desarrollar habilidades de pensamiento científico con el fin de lograr flexibilidad intelectual, espíritu indagador y pensamiento crítico; demostrar curiosidad por explorar el medio que les rodea y valorar la naturaleza como resultado de la comprensión de las interacciones entre los seres vivos y el ambiente físico.

Saberes previos

¿Qué sucede cuando frotas un globo en tu cabello y luego lo acercas a una pared?

¿Cómo explicarias a alguien la idea de que cargas opuestas se

atraen y cargas iguales se repelen?

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