Ejercicios: Carga eléctrica, transferencia y materiales conductores y aisladores

Valeria frota una regla de plástico con un paño de lana y observa que la regla atrae pedacitos pequeños de papel. Explique qué partículas se transfirieron entre el paño y la regla para que esta quedara cargada, y por qué la carga neta de un cuerpo cambia solo cuando gana o pierde esas partículas.

Clasifique cada uno de los siguientes materiales como conductor o aislador eléctrico: cobre, vidrio, hule, aluminio, madera seca y agua con sal disuelta. Escriba una frase que justifique brevemente su clasificación en cada caso.

Un cuerpo adquiere una carga de $q = 4{,}8 \times 10^{-18}\ \text{C}$ por pérdida de electrones. Si la carga elemental es $e = 1{,}6 \times 10^{-19}\ \text{C}$, calcule cuántos electrones perdió el cuerpo y diga si quedó con carga positiva o negativa.

Sebastián tiene dos esferas metálicas idénticas montadas sobre soportes aislantes. La esfera A tiene carga $+6{,}0\ \mu\text{C}$ y la esfera B está neutra. Las pone en contacto y luego las separa.

1. a) Indique cuánta carga tiene cada esfera al final y explique por qué.
2. b) Calcule cuántos electrones pasaron de una esfera a la otra, e indique en qué sentido. Use $e = 1{,}6 \times 10^{-19}\ \text{C}$.

Dos cargas puntuales, $Q = +3{,}0\ \mu\text{C}$ y $q = -2{,}0\ \mu\text{C}$, están separadas $0{,}30\ \text{m}$ en el aire. Use $K = 9{,}0 \times 10^{9}\ \text{N·m}^2/\text{C}^2$.

1. a) Calcule la magnitud de la fuerza eléctrica entre ellas.
2. b) Indique si la fuerza es de atracción o de repulsión y explique cómo es la fuerza que cada carga ejerce sobre la otra.

En un laboratorio del colegio, Mariana mide que dos cargas puntuales iguales, separadas $0{,}10\ \text{m}$, se repelen con una fuerza de $0{,}90\ \text{N}$. Con $K = 9{,}0 \times 10^{9}\ \text{N·m}^2/\text{C}^2$, despeje de la ley de Coulomb el valor de cada carga y calcúlelo. Verifique mediante análisis dimensional que las unidades del resultado corresponden a coulombs.

Dos esferas pequeñas con cargas $q_1 = +5{,}0\ \text{nC}$ y $q_2 = +20\ \text{nC}$ están separadas $0{,}20\ \text{m}$. Use $K = 9{,}0 \times 10^{9}\ \text{N·m}^2/\text{C}^2$.

1. a) Calcule la fuerza eléctrica sobre cada esfera.
2. b) Si la distancia se reduce a la mitad y la carga $q_2$ se duplica, determine por qué factor cambia la fuerza, sin repetir el cálculo completo, y verifique su razonamiento calculando el nuevo valor.
3. c) Argumente si la fuerza sobre $q_1$ sigue siendo igual en magnitud a la fuerza sobre $q_2$ en esa nueva situación.

Tres cargas puntuales están sobre una recta horizontal: $q_A = +2{,}0\ \mu\text{C}$ en $x = 0$, $q_B = -3{,}0\ \mu\text{C}$ en $x = 0{,}10\ \text{m}$ y $q_C = +4{,}0\ \mu\text{C}$ en $x = 0{,}30\ \text{m}$. Use $K = 9{,}0 \times 10^{9}\ \text{N·m}^2/\text{C}^2$.

1. a) Dibuje un esquema con las fuerzas que actúan sobre $q_B$, indicando su dirección y sentido.
2. b) Calcule la fuerza neta sobre $q_B$, con su magnitud y su sentido.
3. c) Explique qué cambiaría en el resultado si las cargas estuvieran sobre un material semiconductor en lugar del aire, y por qué la ley de Coulomb, tal como se usa aquí, supone un medio como el aire.