Ejercicios: Fuerza eléctrica y ley de Coulomb

Enuncia la ley de Coulomb con tus palabras e indica de qué dos factores depende la magnitud de la fuerza eléctrica entre dos cargas puntuales. Escribe también la expresión matemática de la ley, nombrando cada símbolo.

Dos cargas puntuales se encuentran separadas por cierta distancia. Indica si la fuerza entre ellas es de atracción o de repulsión en cada uno de estos casos:

1. a) una carga positiva y una carga negativa;

1. b) dos cargas negativas;

1. c) dos cargas positivas.

Dos cargas puntuales de $2{,}0 \times 10^{-6}\ \text{C}$ cada una están separadas $0{,}30\ \text{m}$ en el vacío. Calcula la magnitud de la fuerza eléctrica entre ellas. Usa $k = 9 \times 10^{9}\ \text{N·m}^2/\text{C}^2$.

Una carga $q_1 = +3{,}0\ \mu\text{C}$ y una carga $q_2 = -5{,}0\ \mu\text{C}$ están separadas $0{,}15\ \text{m}$ en el aire. Usa $k = 9 \times 10^{9}\ \text{N·m}^2/\text{C}^2$ y $1\ \mu\text{C} = 10^{-6}\ \text{C}$.

1. a) Calcula la magnitud de la fuerza eléctrica entre ellas.

1. b) Indica si es de atracción o de repulsión y cuál es la fuerza que $q_2$ ejerce sobre $q_1$ comparada con la que $q_1$ ejerce sobre $q_2$.

Dos cargas puntuales se repelen con una fuerza de $12\ \text{N}$ cuando están separadas una distancia $d$. Sin hacer el cálculo completo con $k$, determina la nueva fuerza en cada caso, justificando con la ley de Coulomb:

1. a) se duplica la distancia entre las cargas;

1. b) se reduce la distancia a un tercio de la original;

1. c) se triplica una de las cargas y la distancia no cambia.

Isabella mide la fuerza eléctrica entre dos pequeñas esferas cargadas para distintas distancias y obtiene esta tabla:

1. a) Explica qué relación observas entre la distancia y la fuerza y si concuerda con la ley de Coulomb.

1. b) Predice la fuerza para $r = 16\ \text{cm}$ y justifica tu predicción.

Tres cargas puntuales están sobre una misma recta. La carga $q_1 = +2{,}0\ \mu\text{C}$ está en $x = 0$, la carga $q_2 = -3{,}0\ \mu\text{C}$ está en $x = 0{,}20\ \text{m}$ y la carga $q_3 = +4{,}0\ \mu\text{C}$ está en $x = 0{,}50\ \text{m}$. Usa $k = 9 \times 10^{9}\ \text{N·m}^2/\text{C}^2$.

1. a) Calcula la magnitud y la dirección (hacia $+x$ o hacia $-x$) de la fuerza que $q_1$ y $q_3$ ejercen sobre $q_2$, cada una por separado.

1. b) Determina la fuerza eléctrica neta sobre $q_2$ y explica si tiende a acercarla a $q_1$ o a $q_3$.

Dos esferas pequeñas con cargas $q_1 = +4{,}0\ \mu\text{C}$ y $q_2 = +1{,}0\ \mu\text{C}$ están fijas a $0{,}30\ \text{m}$ de distancia sobre una recta. Se quiere colocar una tercera carga puntual $q_3$ sobre esa misma recta, de modo que la fuerza neta sobre ella sea nula.

1. a) Razona en qué región de la recta (a la izquierda de $q_1$, entre $q_1$ y $q_2$, o a la derecha de $q_2$) puede estar $q_3$ y por qué, sin importar el signo de $q_3$.

1. b) Calcula la distancia desde $q_1$ a la que debe colocarse $q_3$ y explica si el resultado depende del valor de $q_3$.