2. FUERZA ELÉCTRICA Y LEY DE COULOMB
Fuerza eléctrica: fuerza de atracción o de
repulsión entre las cargas dependiendo de su
naturaleza (signo) definida por Charles Augustin de
Coulomb (1784),
LEY DE COULOMB
k es la constante de Coulomb igual a 8,9875 109
0 es la permitividad del vacío igual a 8,8542 1012
qQ 1 qQ Q y q son las magnitudes de las cargas eléctricas
F k r 2 r
r 2
4 0 r r es la separación entre las cargas, en metros.
r es un vector unitario que indica la dirección de
la fuerza y va dirigido desde q hacia Q
2
4. FUERZA ELÉCTRICA Y LEY DE COULOMB
Ejemplo: Dos cargas puntuales de 5,0μ C = 5,0 x 10-6 C y
-2,0μ C = -2,0x10-6 C se encuentran separadas una distancia
de 10 cm.
a. Calcular la magnitud de la fuerza eléctrica entre ellas.
b. Esta fuerza, ¿es de atracción o de repulsión?
qQ
F k 2 r 8,9875 109
5,0 x106 C 2,0x106 C 8,98N
0,1m
2
r
R//
a. Por tanto, la magnitud de la fuerza eléctrica entre las
partículas cargadas es 8,98 N .
b. Como una de las cargas es positiva y la otra negativa, la
fuerza eléctrica es de atracción.
4
5. FUERZA ELÉCTRICA Y LEY DE COULOMB
Según la tercera ley de
Newton, si la carga q ejerce
una fuerza sobre la carga Q
(FqQ), esta a su vez ejercerá
una fuerza de igual
magnitud y dirección
contraria sobre q (FQq)
5
6. FUERZA ELÉCTRICA Y LEY DE COULOMB
Si existen varias cargas la
fuerza total o fuerza neta
será la suma vectorial de
las fuerzas individuales.
6
7. FUERZA ELÉCTRICA Y LEY DE COULOMB
Ejemplo: Tres partículas se encuentran ubicadas en las
esquinas de un triángulo rectángulo, como se muestra en la
figura
a. Realicemos un diagrama vectorial de las fuerzas que
actúan sobre la partícula 3.
b. Determinemos la magnitud de la fuerza eléctrica que
ejercen las partículas 1 y 2 sobre la partícula 3, si sus
cargas son: q1 =3μ C, q2 = 3μ C y q3 = -2,0μ C.
7
8. FUERZA ELÉCTRICA Y LEY DE COULOMB
R// Las cargas 1 y 2 son
positivas y la 3 es
negativa, razón por la cual
la fuerza que ejercen las
dos primeras sobre la
tercera es de atracción.
Tomando el origen del
sistema de coordenadas en
la partícula 3, el diagrama
vectorial de fuerzas nos
queda:
8
9. FUERZA ELÉCTRICA Y LEY DE COULOMB
R// La magnitud de la fuerza que la carga 1 ejerce sobre la 3 es:
3 l0-6 C 2 l0-6 C
F13 = 8,9875 109 0, 22 N
0,5m
2
3 l0-6 C 2 l0-6 C
F23 = 8,9875 109 0, 22 N
0,7m
2
La fuerza total sobre la carga 3 es F3 = F13 + F23 como F es
un vector, se tiene que:
F3X = (F13 sen45°) = (0,11N sen45°) = 0,08 N
F3Y = - (F23 cos45°) – (F13 ) = (0,11N cos45° + 0,22N) = - 0,29 N
9
10. FUERZA ELÉCTRICA Y LEY DE COULOMB
E l vector fuerza sobre la partícula 3 es: F3 = 0,08NX - 0,29NY
La magnitud de la fuerza sobre la partícula 3 es:
F3 = (0,08)2 (0,29)2 = 0,3N
10