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• ANDRES FELIPE ROJAS RINCON

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Física Andrés Felipe Rojas Rincón once 3 periodo EJERCICIOS CONCEPTUALES

1. Suponiendo que el valor de la carga del protón fuera un poco diferente de la carga del electrón, por ejemplo un 0,1%, ¿sería este mundo muy diferente? Explicar. 2. Suponiendo que los signos de las cargas del electrón y del protón se invirtiesen, ¿sería este mundo diferente? Explicar. 3. Si se carga un globo con un tejido de lana, éste se pegará a las paredes. ¿Por qué? Luego el globo se caerá. ¿Por qué? 4. La carga neta de una esfera es cero. ¿Actúa alguna fuerza eléctrica sobre la esfera? Si es así, explicar por qué. 5. Después de sacar dos pares de calcetines de una secadora, el par A se mantiene pegado durante largo tiempo mientras que eso no ocurre con el par B. ¿Qué par está fabricado con material mejor conductor? 6. Comparar la masa en la ley de gravitación universal con la carga en la Ley de Coulomb. ¿En qué son similares y en qué son diferentes? 7. Suponer que se dispone de dos esferas metálicas con bases aislantes. Se desea cargarlas con igual valor de carga, pero con signo contrario, usando una varilla cargada positivamente. Describir el proceso por medio de dibujos. ¿Qué haría para cargar ambas con igual carga positiva? ¿Y con igual carga negativa? 8. Una esfera conductora colgada de un cordel es atraída por una varilla con carga positiva. ¿Estará necesariamente la esfera cargada negativamente? Si la esfera es repelida por la varilla cargada positivamente, ¿tendrá necesariamente la esfera carga positiva? 9. Con frecuencia se observan (o escuchan) chispas en un día seco al quitarse la ropa en la oscuridad. Explicar. 10. Explicar, a partir de un punto de vista atómico, por qué la carga suele transferirse por medio de electrones.

11. Una ligera esfera metálica descargada que está suspendida de un hilo es atraída hacia una barra de caucho cargada. Después de tocar la barra, ésta repele a la esfera. Explicar. 12. Explicar qué se entiende por átomo neutro. 13. ¿Por qué algunas ropas se pegan al cuerpo después de que se han sacado de una secadora? 14. Una gran esfera metálica aislada de tierra se carga con un generador electrostático mientras una persona parada sobre un aislante sostiene la esfera. ¿Por qué es seguro hacer esto? ¿Por qué no sería seguro para otra persona tocar la esfera después de que ésta se ha cargado? 15. ¿Cuál es la diferencia de cargar un objeto por inducción y cargarlo por conducción? 16. Suponemos que alguien propone una teoría según la cual la gente está unida a la Tierra por fuerzas eléctricas y no por la gravedad. ¿Cómo probaría usted que esta teoría es errónea? 17. ¿Por qué es más difícil cargar un objeto por medio de la fricción en un día húmedo que en un día seco? 18. ¿Por qué un alambre de conexión a tierra debería conectarse a la barra de soporte metálico de una antena exterior de televisión? Solución

1. Si, pues todos los cuerpos celestes tendría carga eléctrica diferente de cero, la Tierra por ejemplo, y con ello las interacciones eléctricas serían muy importantes. Tómese en cuenta que las interacciones eléctricas son más intensas que las gravitacionales 2. No, el signo que se les asigna eso, una asignación. Los signos obedecen a una convención. 3. La pared está neutra y por ello el globo se adhiere. Un cuerpo neutro y otro cargado se atraen. Finalmente el globo caerá debido a que traspasa su carga a la pared, o mejor dicho, entre el globo y la pared hay transferencia de carga eléctrica hasta que se produce el equilibrio eléctrico. Ahí el globo se desprende de la pared. 4. No se puede precisar. Una esfera puede tener carga diferente de cero y no estar sometida a una fuerza eléctrica, también podría estar sometida a una fuerza eléctrica. El hecho de que un cuerpo reciba una fuerza eléctrica no

modifica la carga que posee. Y el cuerpo puede estar o no cargado eléctricamente. 5. El B. Un cuerpo conductor se desprende fácilmente de la carga que pudiera poseer. 6. Similitud: La fuerza de atracción entre dos masas es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa. Igual cosa entre las cargas eléctricas. Diferencia: Dos masas siempre se atraen. Dos cargas se pueden atraer o repeler. 7. Una de las esferas la cargamos por el método de contacto y la otra por inducción. Así, la que se carga por contacto queda con el mismo tipo de carga que la varilla y la que se carga por inducción queda con el signo contrario al de la varilla. 8. Si es atraída por la varilla, entonces la esfera tiene carga negativa o está neutra. Si es repelida por la varilla, entonces necesariamente tiene carga positiva 9. Durante el día la ropa, especialmente la sintética, se carga eléctricamente debido a la constante frotación de la ropa, consigo mismo, con el cuerpo y con el aire. Cuando alguien se quita la ropa se forman pliegues en ella, con bordes y/o con puntas y así es que entre bordes y/o puntas se producen descargas eléctricas que incluso se pueden ver si hay oscuridad y también se pueden escuchar si hay silencio. 10. Porque son los electrones libres los que tienen movilidad, particularmente en los cuerpos sólidos. 11. Cuando la esfera está descargada es atraída por la barra pues ésta última está cargada y se sabe que todo cuerpo cargado eléctricamente atrae a uno neutro. Cuando entra en contacto la esfera con la barra, parte de la carga de la barra se transfiere a la esfera. Como ambos cuerpos quedan con el mismo tipo de carga se repelen. 12. Átomo neutro, es cualquier átomo en condiciones normales, debido a que tiene la misma cantidad de protones que electrones. 13. Porque mientras están en la secadora están girando y, con ello, están rozando la superficie interior de la máquina y se carga eléctricamente por fricción o frotamiento, por eso es que en contacto con mi cuerpo, que puede estar neutro, se adhiere. 14. Porque el peligro con la carga electrostática no está en poseer la carga sino que en ser partícipe de un proceso de descarga y si no estamos aislados la carga del generador pasa a través de nuestro cuerpo a Tierra.No es seguro para una persona tocar un cuerpo cargado eléctricamente pues al tocarlo la carga del cuerpo se transfiere a la persona en forma de descarga eléctrica.

Tómese en cuenta que un generador electrostático no carga igual que en el caso de frotar un cuerpo, no la carga que adquiere es muchísimo más, lo que lo hace bastante peligroso. 15. Por inducción el objeto no se toca con el cuerpo cargado, por conducción sí se toca. Por inducción el objeto adquiere carga distinta a la del cuerpo cargado, por conducción el mismo tipo de carga. Por inducción le cuerpo neutro adquiere o cede carga por participación de Tierra, por conducción solo hay distribución de la carga. 16. Acercándome a otra persona. Si estuviéramos atraídos por Tierra en forma eléctrica entonces nos repeleríamos. También, luego de estar en la superficie de la Tierra estaríamos flotando o bien saldríamos despedidos de su superficie pues tendríamos el mismo tipo de carga que la Tierra. 17. En un día húmedo el aire también intercambiaría carga con los objetos. Eso impediría un procedimiento en forma correcta. 18. Porque podría haber una descarga eléctrica en un día tormentoso y el rayo podría ser captado por la antena y al no haber conexión a Tierra la descarga llega al televisor. Ejercicios prácticos

1. ¿A qué distancia deben colocarse dos cargas eléctricas de -250 ues (q) y 400 ues (q) para que la fuerza de atracción sea de 100 N? (1 ues = 3.336 × 10-10 C). 2. Dos cargas puntuales de 3.10-9 C y 10 ues se encuentran en el aire a 15 mm una de otra. Calcular la fuerza de repulsión. 3. Con los datos del problema anterior, calcular la fuerza que ejerce cada una en el punto donde se encuentra la otra. 4. Dos cargas eléctricas de igual valor se colocan a 20 cm de distancia y se atraen con una fuerza de 100 dyn. ¿Cuál es el valor de dichas cargas? 5. Calcular el campo eléctrico en el punto A de la figura. ¿Cuál será la intensidad de un campo eléctrico creado por una carga de 5.10-8 C a 2 cm, 6 cm y 12 cm, respectivamente, de la misma? 6. Calcular la intensidad y a qué distancia de la carga se encuentra un punto de un campo eléctrico originado por una carga de 5 C, si en ese punto la fuerza de repulsión es de 20.000 dyn. 7. ¿Cuál es la diferencia de potencial entre dos puntos de un campo eléctrico, si para transportar una carga de 5 C se ha realizado un trabajo de 0,5 kgf?

8. La diferencia de potencia entre dos puntos de un campo eléctrico es de 800 V, y se ha realizado un trabajo eléctrico de 1,5 kgf para transportar una carga eléctrica. Indicar el valor de la misma. 9. Calcular la carga de dos partículas igualmente cargadas, que se repelen con una fuerza de 0,1 N, cuando están separadas por una distancia de 50 cm en el vacío. 10. Calcular el módulo del vector intensidad de un campo eléctrico en un punto A, sabiendo que en él, sobre una carga explorada de 1.10-4 C, aparece una fuerza de 0,2 N. 11. Calcular el módulo del campo eléctrico en un punto que está a 2 cm de una partícula de 1.10-2 C. 12. Si en el punto donde se calculó el campo en el problema anterior se coloca una carga de 4.10-3 C, ¿qué fuerza actúa sobre ella? 13. Hallar el valor de la carga q de una partícula tal que colocada a 1 m de otra, cuya carga es de 2.10-8 C, la atrae con una fuerza de 2 N. 14. Calcular la distancia r que separa dos partículas cargadas con 2.10-2 C cada una, sabiendo que la fuerza de interacción entre ambas es de 9.105 N. 15. Hallar el valor de una carga Q que produce un campo eléctrico de 20 N/C, en un punto ubicado a 1 m de distancia. 16. Cuál es la masa magnética del polo de un imán si, colocada a 2 cm de otra cuyo valor es de 200 ues(m), se repelen con una fuerza de 2 gf? (1 ues = 3.336 × 10-10 C). 17. Dos imanes poseen igual masa magnética y, colocados 1,5 cm, se repelen con una fuerza de 5 gf. ¿Cuál es la masa de cada uno? 18. Dos imanes rectos iguales se colocan enfrentando sus polos de igual nombre y a una distancia de 3 cm. Si se rechazan con una fuerza de 0,5 gf, ¿cuál es la masa magnética de esos polos? 19. Calcular la fuerza de atracción mutua originada por dos polos magnéticos de masas m1 = 30 ucgs (m) y m2 = ucgs (m) situados a 5 cm de distancia en el aire. 20. La intensidad (H) del campo terrestre, en cierto lugar, es de 0,35 Oe y el ángulo i es de 42º 27’. ¿Cuál es la intensidad total? 21. ¿Cuál es la intensidad de un campo magnético originado por una masa magnética de 5 ucgs a 3 mm de ella? 22. ¿Cuál es la intensidad del campo magnético creado por un imán de 15 cm de largo, en un punto situado a 9 cm de cada polo, si las masas de sus polos son de 40 ucgs? Efectuar la construcción.

23. Calcular la intensidad de un campo en un punto situado sobre el eje del imán y a 10 cm del polo norte. Las masas magnéticas de sus polos son de 300 ucgs y la longitud del imán de 12 cm. 24. Dos polos magnéticos están situados a 12 cm de distancia y se atraen con una fuerza de 100 dyn, si una de las masas magnéticas es de 20 ues (m), ¿cuál es el valor de la otra? 25. ¿A qué distancia se encuentran dos masas de -250 ues (m) y 400 ues (m) que se atraen con una fuerza de 4 N? 26. Dos masas magnéticas de -80 ues (m) y -30 ues (m) están a 5 cm de distancia. ¿Se atraen o se repelen? ¿Con qué fuerza? 27. ¿Cuál es la intensidad del campo magnético originado por una masa de 200 ues (m) a 2 cm, 8 cm y 20 cm de distancia, respectivamente? 28. ¿A qué distancia una masa de 240 ues (m) crea un campo de 15 Oe? 29. ¿A qué distancia deben colocarse dos masas magnéticas de 100 ues (m) y 300 ues (m) para que se repelan con una fuerza de 300 dyn? 30. Dos masas magnéticas iguales se atraen con una fuerza de 20 gf. ¿Cuál es el valor de esas masas si están colocadas a 5 cm de distancia? Solución 1. 0,1cm 2. 13,3 dyn 3. 2,34 dyn y 4,44 4. 200 ues(q) 5. 9·109 N/C 6. 37,5 Oe, 4,16 Oe y 1,04 Oe 7. 133333 Oe y 57·107 cm 8. 0,98 V 9. 0,0183 C 10. 2·10³ N/C 11. 2,25·1011 N/C 12. 9·108 N 13. 3,33 C 14. 2 m 15. 2222222222 C 16. 39,2 ues(m) 17. 105 ues(m) 18. 66,4 ucgs(m) 19. 60 dyn 20. 0,474 Oe 21. 55,5 Oe 22. 0,568 Oe

23. 2,38 Oe 24. 720 ues(q) 25. 0,5 cm 26. se repelen con 96 dyn 27. 50 Oe, 3,12 Oe y 0,5 Oe 28. 4 cm 29. 10 cm 30. 700 ues(m)

31. . Al frente de cada afirmación escriba Verdadero (V) o Falso (F). Si es falsa modifíquela para que sea verdadera. Existen tres tipos de carga eléctrica la positiva, la negativa y la neutra. ( v) La fuerza eléctrica entre cargas del mismo signo es repulsiva. ( f) Si una carga se aleja de otra, entonces la fuerza eléctrica entre ellas disminuye.(v ) Si entre dos cargas se coloca una tercera carga, entonces la fuerza eléctrica entre ellas permanece igual. ( f) Existe una corriente eléctrica siempre que se hallan cargas en movimiento. (v ) La corriente eléctrica aumenta cuando las cargas tardan más en lograr un desplazamiento. (f ) La dirección del campo eléctrico cerca a una carga eléctrica positiva va dirigido hacia la carga. ( v) Si una carga positiva se coloca en el interior de una esfera cargada hueca esa carga sale hacia la superficie. (f ) La unidad de carga eléctrica en el Sistema Internacional es el voltio. (v ) La unidad de corriente eléctrica en el Sistema Internacional es el amperio. (v ) Dos resistencias están en serie cuando se unen por medio de un solo punto y entre el inicio de la primera hasta el final de la segunda no hay nudos. ( f)

En un circuito en paralelo se comparte la fuerza electromotriz, pero se pueden apagar o prender los componentes por separado. ( v) En un circuito en paralelo la resistencia equivalente es igual a la suma de las resistencias. ( v) En un circuito en serie la suma de las caídas de voltaje en sus componentes equivale al voltaje inicial. (v ) Polos iguales se atraen, polos diferentes se repelen. (f ) Para alterar la lectura de una brújula basta con colocar una corriente eléctrica paralela a ella. ( v) La regla de la mano derecha sirve para determinar la dirección de la fuerza electromagnética. (v ) El campo magnético inducido por una corriente en un anillo tiene dirección perpendicular a su radio. (f )

Resuelva cada uno de los siguientes problemas 32. Determinar la fuerza de atracción eléctrica entre dos cargas de 5 C separadas 30 cm. 33. Si la fuerza de repulsión entre dos cargas iguales es de 500 dinas, determinar la magnitud de cada una si están separadas 3 m. 34. A la misma distancia de dos cargas de 5C y -5C separadas 50 cm se encuentra una tercera carga de 4C. Determinar la mayor fuerza eléctrica resultante sobre cada una de las cargas. 35. Un circuito en serie tiene una fuente de 30V, si tiene resistencias de 8, 7 y 5 Ohmios, determinar la corriente eléctrica que pasa por el circuito y por cada una de las resistencias.

Solucion 32. F=35N 33. 980 N 34. Fel = k (qa x qb) / R2

35. 0,480 ohm 36. En la siguiente sopa de letras encontrará 15 palabras (mínimo) que se refieren a la fuerza entre cargas eléctricas y corriente eléctrica, y 7 nombres (mínimo). Encuéntrelos. *resistencia

*voltaje

*fuerza

*neutrón

*electrón

*protón

*corriente *electricidad *interruptor *conductor *aislante