Problemas sobre Fuerza de Coulomb
1. El electrón y el protón de un átomo de Hidrógeno están separados (en promedio)
una distancia de aproximadamente 0.5×10-10 m. Calcula la magnitud de la fuerza
electrostática y la fuerza gravitacional que cada partícula ejerce sobre la otra y
compáralas.
2. Deimos es una pequeña luna de Marte con 2×10!" kg de masa. Supón que un
electrón está a 100 km de Deimos. ¿Cuál es la atracción gravitacional sobre el
electrón? ¿Qué carga eléctrica negativa habría que colocar en Deimos para
equilibrar esta atracción gravitacional? ¿A la carga de cuántos electrones equivale?
Considera en tus cálculos que las masas son puntuales al igual que las cargas.
3. Suponiendo que los dos protones en el núcleo de un átomo de Helio están
separados una distancia de 2 2×10!!" m. ¿Cuál es la magnitud de la fuerza
eléctrica de repulsión que ejercen entre sí? ¿Cuál sería la aceleración de cada uno
si ésa fuera la única fuerza que actuara entre ellos?. Considera que los protones
son cargas puntuales.
4. El peso medio de una persona es de 650 N. Si dos personas tienen, cada una, una
carga excedente de 1 C, una positiva y la otra negativa, ¿qué tan lejos tendrían
que estar para que la atracción eléctrica entre ellas fuera igual a su peso de 650 N?
5. Considera dos cargas puntuales iguales separadas una distancia d. ¿En qué punto
(distinto de ∞ ) una tercera carga, colocada sobre la misma línea que une a las
dos primeras, no experimenta fuerza alguna? ¿Podremos encontrar un punto a lo
largo de la línea que cruza perpendicularmente por el punto medio de la línea que
une a las dos cargas en el que la fuerza sobre la tercera carga se anule?
6. En un experimento en el espacio, se mantiene fijo un protón y se libera otro desde
el reposo a una distancia de 2.5 mm. (a) ¿Cuál es la aceleración inicial del protón
después de liberarlo? (b) Elabora diagramas cualitativos (¡sin números!) de
aceleración-tiempo y velocidad-tiempo, para el movimiento del protón liberado
7. Cuatro cargas puntuales se colocan en
las esquinas de un cuadrado de lado a,
como se muestra en la figura. Determine
la fuerza resultante sobre la carga
positiva q.
8. Tres cargas puntuales se encuentran en
los vértices de un triángulo equilátero
como se muestra en la figura. Calcula
fuerza eléctrica neta sobre la carga de 7
µC.
7µC
0.5m
0.5m
2µC
0.5m
- 4µC
9. Dos cargas puntales positivas q se colocan sobre el eje y en y=a y y=-a. Se coloca
una carga puntual negativa –Q en cierto punto de la parte positiva del eje x. (a) En
un diagrama de cuerpo libre, indica las fuerzas que actúan sobre la carga –Q. (b)
Encuentra las componentes x y y de la fuerza neta que ejercen las dos cargas
positivas sobre –Q.
10. Dos cargas puntuales +Q y –Q separadas una distancia d (dipolo eléctrico) están
colocadas sobre el eje x, en x=d/2 y x=-d/2, respectivamente. (a) Encuentra la
fuerza neta sobre una tercera carga +q, también en el eje x cuando la colocas en
x>d/2 y en x<-d/2. (b) Simplifica tus resultados y obtén la forma de la fuerza neta
aproximada para x mucho mayor que d. (c) Repite el mismo cálculo pero ahora
coloca a la tercera carga muy lejos del dipolo eléctrico sobre el eje y.
11. (a) En cada uno de los vértices de un cubo de lado a se coloca una carga q.
Calcula la magnitud de la fuerza total sobre una de las cargas, debida a las otras 7
cargas. (b) Si ahora colocamos una carga Q en el centro del cubo ¿cuál sería la
fuerza neta sobre ella?
12. Una barra delgada de longitud L se coloca se coloca sobre el eje x. Una carga
puntual q se coloca sobre el mismo eje x a una distancia ! de uno de los extremos
de la barra. La barra tiene una distribución uniforme de carga, de ! coulombs por
metro. Calcula la fuerza eléctrica que actúa sobre la carga q. (Sugerencia: Suma
las contribuciones a la fuerza debidas a diferenciales de carga de la barra para
obtener la fuerza total)