Fuerza eléctrica.

1.5 Ley de Coulomb.Objetivo:Objetivo:Determinar la fuerza eléctrica entredos cuerpos concarga.Aplicar el principio de superposición

Ley de Coulomb.

Charles-Augustin de Coulomb(Angoulême, Francia, 1736 -París, 1806). Físico e ingenieromilitar francés. Demostró que lafuerza eléctrica de atracción o derepulsión que actúa entre un parde pequeñas esferas, cargadas yseparadas una cierta distancia,obedece a la siguiente relación:

Balanza de Coulomb

Ley de Coulomb.

Donde:q1=cargade la esfera1

[ ]Nrr

qq

4

1F

221

0πε=

r

q =cargade la esfera1q2=carga de la esfera 2r=distancia entre suscentrosKe====Constante deproporcionalidad

0

[ ]Nrr

qqkeF

221=

r

⋅=2

2

04

1

C

mNkE πε

Ley de Coulomb.

εεεε0 = permitividad del vacio

×=ε −

212 C

1085.8

⋅×=ε −

212

0 mN

C1085.8

⋅×=πε

=2

29

0 C

mN109

4

1ke

Ley de Coulomb.

Convención de nomenclatura para fuerzas eléctricas.

Simulador 29 del Resnick

Ley de Coulomb.

La fuerza es una cantidad vectorial que se puede expresar en función de su magnitud (módulo) y un vector unitario en dirección (módulo) y un vector unitario en dirección del vector.

rFrFF ⋅=⋅=rr

La magnitud de la fuerza

La magnitud de la fuerza se determina por

]N[r

qqk=F 2

21e ]N[

rk=F 2e

Ejemplo.Si q1=5 [uC] , q2=-5[uC] se encuentran separadas 10 [cm] el valor de la fuerza eléctrica es:

]N[5.22=])10×10(

)10×5)(10×5([10×9=F 2

92-

-6-6

http://www.wolframalpha.com/Colulomb´s law 5.0uC,5uC,10cm

La dirección y sentido

El vector unitario se define como:

r

r

r

rr

r

r

r

==

Un vector unitario en coordenadas cartesianas (o rectangulares) puede representarse en la siguiente forma:

2

if2

if2

if

ififif

)zz()yy()xx(

k)zz(j)yy(i)xx(r

−+−+−−+−+−=

Ley de Coulomb.

Ejemplo: Se tienen dos cargaspuntuales. La carga q1=10[uC]ubicadaen el punto A (origenubicadaen el punto A (origendel sistema cartesiano) y lacarga q2=10[uC] ubicada en elpunto B con coordenadas (4, 3)[cm]. Determinar la fuerzaeléctrica que actúa sobre lacarga q2.

Ley de Coulomb.

Verificar que la respuesta es:

( ) ]N[j216i288j5

3i

5

4360F21 +=

+=r

Simulador en Java. Ley de coulomb-simulador.jar

Ley de Coulomb.

Video (de 1:02 en adelante) 1leycoulomb.wmv

Cargas en el espacio

Se tienen dos cargas puntualesQ1=10 [uC] (2,-2,2) [cm]Q2=20 [uC] (-1,3,4)[cm]Determinar el vector fuerza eléctrico que actúa sobre la Determinar el vector fuerza eléctrico que actúa sobre la carga Q1.

Uso del simulador

Principio de superposición.

Cuando se tienenmás de dos cargas, sepuede aplicar lo que se conoce como elprincipio de superposiciónque nosindicaprincipio de superposiciónque nosindicaque la fuerza total enuna de las cargas sepuede calcular como la suma vectorial delas fuerzas producidas por cada una delas cargas sobre la de interés.

1413121 FFFFrrrr

++=

Ley de Coulomb.

Cuantificación de las fuerzas que interactúan entre cuerpos cargados puntuales, con el simulador de la página de PEARSON.simulador de la página de PEARSON.http://wps.aw.com/aw_young_physics_11/0,8076,898593-,00.html.En este simulador se puede modificar el valor de las cargas, se pueden mover las cargas para modificar las distancias. Muy didáctico.

Ley de Coulomb.

.

Ley de Coulomb.

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Ley de Coulomb.

.Principio de superposición de fuerzas eléctricas.Ver carpeta simulador Resnick.

Ley de Coulomb.

.Simulador realizadopor alumnos de laasignatura.

Ley de Coulomb.

.Simulador realizadopor alumnos de laasignatura.

Ley de Coulomb.

.Uso de los simuladores enExcel, enJava, en Visual (página delJava, en Visual (página delDepartamento), etc.Aplicación de un examen deverificación(ver archivoenWord).

Bibliografía

Gabriel A. Jaramillo Morales, Alfonso A. Alvarado Castellanos.Electricidad y magnetismo.Electricidad y magnetismo.Ed. Trillas. México 2003

Sears, Zemansky, Young,FreedmanFísica UniversitariaEd. PEARSON. México 2005