Respuestas algunos ejercicios Guia

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Física IVº Medio
Electrostática – Guía N°1
Prof.: Lorena Céspedes
GUÍA DE TRABAJO Nº1 (ALGUNOS EJERCICIOS)
1) Cuando te peinas sacas electrones de tu cabello, que se quedan en tu peine. Entonces, ¿queda tu
cabello con carga positiva o negativa? ¿y el peine?
2) En algunas casetas de cobro un alambre metálico delgado sobresale del asfalto y hace contacto con
los automóviles antes de que lleguen al lugar de cobro. ¿Cuál es el objeto de ese alambre?
3) Un metal cargado positiva o negativamente
se conecta a tierra con un conductor.
Señala, dibujando una flecha, hacia dónde
se mueve la carga y qué carga es la que se
mueve.
4) En la siguiente figura se
muestran dos cuerpos unidos por
alambres conductores. Señala
con una flecha la dirección del
flujo de electrones.
a)
b)
c)
d)
e)
5) Explica por qué un cuerpo cargado expuesto al aire termina finalmente neutro después de cierto
tiempo aunque no esté conectado a tierra. Discute acerca de cómo afecta la humedad en el aire.
6) Discute acerca del origen de los rayos y truenos en las tormentas eléctricas. Compara este
fenómeno con la aparición de chispas que suelen observarse por electrización al sacarse cierto tipo
de vestimentas.
7) Resuelve:
a) Dos electrones se repelen con una fuerza eléctrica F. ¿Cuál será la nueva fuerza si la distancia
entre ellos disminuye a la quinta parte?
b) Dos cuerpos cargados eléctricamente interactúan con una fuerza F cuando se encuentran a una
cierta distancia. ¿Cuál será la nueva fuerza si la distancia aumenta al doble y el valor de cada
carga aumenta al triple?
8) Para fijarse el pelo, algunas personas utilizan laca en spray. Las gotitas microscópicas del líquido se
esparcen antes de llegar al pelo, en parte por repulsión electrostática entre las gotas. Si dos gotitas
con igual carga se repelen con una fuerza de 9 x 109 N a una distancia de 0,07cm ¿cuál es la carga
de cada gota?
9) ¿Qué significa que al calcular la fuerza entre dos cuerpos cargados nos de un resultado positivo y
otras veces negativo?
10) En un átomo de hidrógeno un protón se encuentra en el núcleo y un electrón gira alrededor de él.
a) ¿Cuánto vale la fuerza con la que se siente atraído el electrón si el radio del átomo es de 5 x 1011 m aprox.?
b) ¿Cómo es la fuerza con que se siente atraído el protón producto de la presencia del electrón en
el mismo átomo?
11) Calcula la distancia a la que se encuentran dos cargas, una de 8 x 10-6 C y la otra de 5 x 10-6 C si la
fuerza que sienten es de 100 N.
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Respuestas Guía de Trabajo N°1 (algunos ejercicios)–
Electrostática
1) El cabello queda con carga positiva porque perdió electrones (déficit) y el peine queda con
carga negativa (ganó electrones)
2) El conductor del automóvil durante su travesía se carga principalmente por contacto o fricción
entre el auto y el camino o entre la persona y el auto. Al estar cargado y en contacto sólo con
el auto que también está cargado, se descargará con el primer objeto externo que contacte: la
persona de la caseta de cobro. Para evitar recibir esta descarga por cada conductor que
cancele el peaje, se coloca un delgado alambre metálico que sobresale del asfalto para que por
contacto descargue al auto antes de llegar a la caseta de cobro, entregándole electrones
faltantes o recibiendo los de sobra.
3) A) de tierra suben electrones hasta dejar neutro el objeto. B) Bajan electrones a tierra hasta
dejar neutro el objeto.
4) Veamos cada caso:
a)
b)
c)
d)
e)
------------ ¿-?
--
5) El objeto cargado está en contacto con las moléculas de aire que lentamente irán absorbiendo
la carga en exceso del objeto o entregando los electrones faltantes. Mientras más humedad
exista más rápido será este traspaso de carga ya que el agua es mejor conductor que el aire.
6) Las tormentas eléctricas involucran nubes que se cargan en la parte
superior positivamente y en la inferior negativamente debido al
movimiento de las grandes masas de aire y agua. Esta gran carga
negativa induce una carga positiva en la superficie del suelo bajo ella.
Cuando la diferencia de carga (diferencia de potencial) es alta se genera el
rayo que no es más que una ionización (carga) del aire por donde circulan muchísimos
electrones desde la nube al suelo. Estas descargas eléctricas a las que llamamos rayos, van
acompañadas de liberación de energía en forma luminosa y en forma de sonido (el trueno).
Hay rayos que se forman por descargas entre zonas de una misma nube, con cargas de
distinto signo, entre dos nubes o entre la nube y la superficie terrestre.
7) Respuestas:
a)
Foriginal =
d nueva =
kQ1Q2
d2
d
5
⇒
Fnueva =
kQ1Q2
d 
 
5
2
=
kQ1Q2 kQ1Q2 d 2 kQ1Q2 25
kQ Q
=
÷
=
• 2 = 25 12 2 = 25 Foriginal
2
d
25
d
d
25
2
b)
Foriginal =
kQ1Q2
d2
d nueva = 2d y Qnueva = 3Q
8)
Fnueva =
⇒
k 3Q1 3Q2 9kQ1Q2 9 kQ1Q2 9
=
=
= Foriginal
4d 2
4 d2
4
(2d )2
F = 9 x10 9 N
d = 0,07cm = 0,0007m = 7 x10 −4 m
Q1 = Q2 = ?
Cargas iguales que
son las incógnitas.
K
9 x10 N =
9
9 x10 9
Nm
C2
(7 x10
F
luego:
⋅ Q1 ⋅ Q2
−4
m
)
2
d
9 x10 N =
9
9 x10 9
Nm 2
C2
⋅ Q1 ⋅ Q2
49 x10 −8 m 2
9 x10 9 N ⋅ 49 x10 −8 m 2 = 9 x10 9
441x101 Nm 2 = 9 x10 9
Nm 2
C2
Nm 2
C2
⋅ Q1 ⋅ Q2
⋅Q2
441x101 N/ m 2
= Q2
9 N/ m 2
9 x10 C 2
441
x10 −8 C 2 = Q 2
9
49 x10 −8 C 2 = Q 2
7 x10 − 4 ⋅ 7 x10 − 4 C 2 = Q 2
⇒ Q = 7 x10 − 4 C
9) Cuando el resultado de la fuerza da positivo, significa que estamos calculando la fuerza entre
dos objetos con cargas positivas o entre dos objetos con carga negativa (- por - = +), o sea es
una fuerza de repulsión. Cuando el resultado de F da negativo uno de los objetos tiene carga
positiva y el otro negativa (+ por - = -) por lo que es una fuerza de atracción.
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10)
datos :
| Qelectrón |=| Q protón |= 1,602 x 10
–19
r=d
C
d = 5 x10 −11 m
F=
=
9 x10 9
Nm 2
C2
⋅1,602 x10 −19 C ⋅− 1,602 x10 −19 C
(5x10
−11
m
)
2
=
9 ⋅1,602⋅− 1,602 x10 −29 N
25 x10 − 22
23,1x10 −29 N
= 0,92 x10 −7 N = 9,2 x10 −8 N
− 22
25 x10
b) Tanto el protón como el electrón sentirán la misma fuerza de atracción igual a 9,2 x 10-8N.
11)
Datos :
F = 100 N = 10 2 N
d =?
Q1 = 8 x10 −6 C
Q2 = 5 x10 −6 C
Luego :
10 2 N =
d =
2
9 x10 9
9 x10 9
Nm
C2
Nm
C2
⋅ 8 x10 −6 C ⋅ 5 x10 −6 C
(d )2
⋅ 8 x10 −6 C ⋅ 5 x10 −6 C
10 2 N
9 ⋅ 8 ⋅ 5 x10 −3 2
m
10 2
= 360 x10 −5 m 2
d2 =
= 36 x10 −4 m 2
= 6 x10 −2 m ⋅ 6 x10 −2 m
⇒ d = 6 x10 −2 m
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