¡Descarga el capítulo 16 de Física de Giancoli – Diapositivas | PHY 302L y más notas de estudio de Física en PDF sólo en Docsity! Capítulo 16 de «Física» de Giancoli Cuatro fuerzas diferentes en la Naturaleza (probablemente sólo tres): 1. 1. La gravedad (ya la conoces: Phy 302K 2. Fuerza electromagnética (Phy 302L) 3. Fuerza nuclear fuerte (Phy 302L) 4. Fuerza nuclear débil (igual que la 2. Phy 302L) ¿Qué pasa con las fuerzas que conocemos tan bien, por ejemplo, la fricción, la viscosidad, las fuerzas de arrastre, . . ? Éstas pueden explicarse en términos de fuerzas eléctricas (teoría atómica de la materia) c©L.Frommhold . – p.29/29 Fuerzas eléctricas a)Frote una regla de plástico y b)acérquela a pequeños trozos de papel Pregunta: ¿Por qué saltan los trozos de papel? Respuesta: Porque una fuerza actúa sobre ellos. La fuerza es la fuerza electrostática Es diferente de la gravedad, y más fuerte que ésta. No tiene nada que ver con las fuerzas nucleares c©L.Frommhold . – p.28/29 Aislantes y conductores En los aislantes los electrones están firmemente unidos a un «átomo padre», mientras que en los conductores algunos electrones pueden moverse con bastante libertad a través de la red, de átomo a átomo. -Transferencia de carga eléctrica por conducción: algunos electrones fluyen de derecha a izquierda si la varilla izquierda está cargada + c©L.Frommhold . – p.25/29 Carga por inducción -Si se coloca un objeto cargado cerca de un trozo de metal sin carga, se induce una carga opuesta en el metal cerca de la varilla cargada y una carga igual, pero opuesta, aparece en el extremo más alejado: Neutralidad -Es diferente si la pieza de metal de la derecha está conectada a tierra (es decir, conectada a una tubería de agua, etc.) o no: En ambos casos se induce una carga. Pero en el metal conectado a tierra, parte de la carga opuesta se retira al suelo (es decir, a la Tierra) c©L.Frommhold . – p.24/29 Carga inducida en aislantes -Los electrones en un aislante no pueden alejarse mucho de su átomo madre. Sin embargo, pueden (¡y lo harán!) moverse en fracciones del diámetro atómico en respuesta a una carga externa. De este modo, se generan muchos «dipolos» en la masa. Decimos que el in- sulador está «polarizado». c©L.Frommhold . – p.23/29 Escalares y vectores – Un escalar es un número con o sin dimensiones (unidades), que especifica plenamente alguna cantidad. Ejemplos: masa, carga eléctrica, magnitud,. . -Un vector es una cantidad que no sólo tiene una magnitud; también tiene un sentido de dirección, como arriba, abajo, derecha, izquierda, adelante, atrás, 10◦ Este del Norte,. . . Ejemplos: fuerza, desplazamiento, velocidad,. . . -Notación Los vectores suelen ponerse en negrita, por ejemplo, F en lugar de F ; v en lugar de v,. . . Como alternativa, podemos escribir → F , → v ,. . . c©L.Frommhold . – p.20/29 Fuerzas de atracción y repulsión F = {Fx, Fy, Fz} F12 = {-kQ1Q2/r 2, 0, 0} F12 = {-kQ1Q2/r 2, 0, 0} F12 = {kQ1Q2/r 2, 0, 0} c©L.Frommhold . – p.19/29 Sobre las unidades La unidad SI de carga es el Coulomb (C). La carga eléctrica se presenta en múltiplos de 1,602176 – 10-19 C, la carga elemental La carga de un electrón es -1,602176 – 10-19 C La carga del protón es e = 1,602176 – 10-19 C – La carga se presenta sólo en múltiplos enteros de e La carga se cuantifica k = 8.988 – 109 N m2/C2 (constante de la ley de Coulomb) F = k Q1Q2 r2 = 1 4πǫ0 Q1Q2 r2 ǫ0 = 8,85 – 10 -12 C2 /N – m2 la permitividad del espacio libre c©L.Frommhold . – p.18/29 Ejercicio 3 -¿Peso del electrón? Fe = me g = 8,9 – 10-30 N -¿Peso del protón? Fp = mp g = 1,6 – 10-26 N -¿Dirección de las fuerzas electrostáticas y gravitatorias? – fuerza electrostática: hacia la otra partícula (atracción) – fuerza gravitatoria: ídem – peso: vertical hacia abajo c©L.Frommhold . – p.15/29 Problema de álgebra vectorial: Dados dos vectores, a = {ax, ay, az} y b = {bx, by, bz}, ¿qué operaciones algebraicas puedes realizar? -Suma de vectores: a + b = {ax + bx, ay + by, az + bz} = c -Multiplicación por un escalar s: s a = {s ax, s ay, s az} = d -Producto escalar a – b = axbx + ayby + azbz = ¡un escalar! -Magnitud |a| = √ a2x + a 2 y + a 2 z = a (un escalar) Repaso Vol. 1, pp. 45-53; vol. 2, pp. 447-449 c©L.Frommhold . – p.14/29 Componentes vectoriales Marco recto x, y, z r = {rx, ry, rz} rx = r cos ϕ sin θ ry = r sin ϕ sin θ rz = r cos θ r = √ r2x + r 2 y + r 2 z A menudo puede ser suficiente trabajar con marcos bidimensionales. En ese caso, establezca cos θ = 0 y sin θ = 1. c©L.Frommhold . – p.13/29 Acerca de los campos (eléctricos) -Fuerzas de contacto (por ejemplo, fuerzas de impulso) frente a -Acción a distancia una fuerza que actúa a distancia, por ejemplo, gravedad, fuerza electrostática -¿Campos» eléctricos que rodean a cada carga eléctrica? c©L.Frommhold . – p.10/29 Campo eléctrico: Definición E = F q (1) Q es la carga que establece el campo electrostático q > 0 es la «carga de prueba», q ≪ |Q| F = E q -En realidad, Q puede sustituirse por una disposición arbitraria de cargas eléctricas y la Ec. (??) sigue siendo la definición adecuada de campo eléctrico. c©L.Frommhold . – p.9/29 Campos vectoriales -En cada punto podría trazarse el vector fuerza sobre una pequeña carga de prueba q > 0. Específicamente, cerca de una carga positiva Q > 0, la fuerza será repulsiva, es decir, apuntando lejos de Q. De manera similar, cerca de una carga negativa Q < 0, la fuerza atractiva se representaría con flechas apuntando hacia Q < 0. c©L.Frommhold . – p.8/29 Conductores Una carga dentro de una envoltura metálica esférica neutra in- duce cargas en su superficie exterior de modo que el campo eléctrico de la carga existe incluso más allá de la envoltura, pero no dentro del propio conductor. c©L.Frommhold . – p.5/29 Más sobre los conductores El campo eléctrico fuera de un (buen) conductor es siempre normal a la superficie, porque la componente paralela del campo E || está cortocircuitada. c©L.Frommhold . – p.4/29 Flujo eléctrico ΦE = E A cos θ = flujo eléctrico (Definición de flujo) Reescriba la misma definición como ΦE = E⊥ A o como ΦE = E A⊥ (¡son todas iguales!) c©L.Frommhold . – p.3/29