PROBLEMAS DE ELECTROSTATICA
Summary
TLDREl script proporciona una explicación detallada de conceptos fundamentales de la electricidad, centrando la atención en las dos leyes de la electrostática. La primera ley, cualitativa, establece que cargas de distinto signo se atraen, mientras que cargas del mismo signo se rechazan. La segunda ley, la ley de Coulomb, es cuantitativa y permite calcular la fuerza eléctrica entre dos cargas a una distancia dada, utilizando la fórmula F = k * (q1 * q2) / r^2, donde k es la constante de Coulomb, q1 y q2 son las cargas y r es la distancia entre ellas. El video también aborda la importancia de las unidades y conversiones, como el coulomb y el metro cuadrado, para realizar cálculos precisos. Seguidamente, se resuelven problemas prácticos para ilustrar la aplicación de estas leyes, incluyendo la determinación de si las cargas se atraen o repelen, el cálculo de la fuerza entre cargas y la determinación de la distancia entre cargas dada una fuerza específica. El script es una valiosa guía para entender los principios básicos de la electricidad y su aplicación en la resolución de problemas relacionados con la electrostática.
Takeaways
- 📚 La unidad temática número uno de física trata sobre conceptos básicos de electricidad.
- 🚫 La primera ley de electrostática indica que las cargas de distinto signo se atraen, mientras que cargas del mismo signo se rechazan.
- ⚖️ La segunda ley, la ley de Coulomb, es cuantitativa y permite determinar la fuerza eléctrica entre dos cargas.
- 🔢 La fórmula de Coulomb se utiliza para calcular la fuerza entre cargas y depende de la constante de Coulomb, las cargas y la distancia entre ellas.
- 🔗 La relación entre las variables, símbolos y unidades es crucial para resolver problemas de electricidad.
- 📏 Las equivalencias de unidades son importantes, como el conocimiento de que un coulomb equivale a 1.6 × 10^-19 C.
- 💡 Se aprende que una carga de 6 × 10^21 electrones y una de 3.5 × 10^21 protones se atraen y se calcula la fuerza eléctrica entre ellas.
- 🧮 Es necesario convertir unidades de carga y distancia para aplicar la fórmula de Coulomb de manera efectiva.
- 🤔 Se resuelve un problema para encontrar la distancia de separación entre dos cargas dadas, utilizando la fuerza y las cargas proporcionadas.
- 🔗 Se destaca la importancia de las relaciones entre las cargas, como una carga siendo triple de otra, para resolver problemas de electricidad.
- 📐 Se aprende a manipular la fórmula de Coulomb para encontrar diferentes variables, como la carga o la distancia, según la información proporcionada.
- 📨 Se abordan problemas específicos, como el cálculo de la fuerza entre cargas con una relación conocida entre ellas y la determinación de la carga cuando se proporciona una relación y la fuerza.
Q & A
¿Qué son las dos leyes fundamentales de la electrostática mencionadas en el guión?
-Las dos leyes fundamentales de la electrostática mencionadas son: 1) La primera ley, cualitativa, que indica que dos cargas positivas se repelen entre sí y cargas negativas también se repelen entre sí. 2) La ley de Coulomb, que es cuantitativa y establece que la fuerza entre dos cargas es igual a la constante de Coulomb multiplicada por la carga número 1 por la carga número 2, dividido por la distancia al cuadrado entre ellas.
¿Cuál es el símbolo y la unidad de medida de la constante de Coulomb?
-El símbolo de la constante de Coulomb es k y su unidad de medida es el newton metro cuadrado por colón (N·m²/C²).
¿Cómo se relacionan las cargas y la fuerza eléctrica en la ley de Coulomb?
-En la ley de Coulomb, la fuerza eléctrica (F) entre dos cargas es directamente proporcional a la productora de las cargas (q1 y q2) y inversamente proporcional al cuadrado de la distancia (r) entre ellas. La relación se expresa como F = k * (q1 * q2) / r².
¿Qué equivalencias de carga son necesarias para realizar cálculos con la ley de Coulomb?
-Se deben conocer las equivalencias de carga para convertir electrones y protones en coulombs. Un electrón equivale a -1.6 x 10⁻¹⁹ C y un protón equivale a +1.6 x 10⁻¹⁹ C.
¿Cómo se determina si dos cargas se atraen o se repelen?
-Dos cargas se atraen si tienen signos opuestos (una positiva y otra negativa) y se repelen si tienen signos iguales (ambas positivas o ambas negativas).
¿Cuál es el objetivo del segundo problema presentado en el guión?
-El objetivo del segundo problema es calcular la distancia de separación entre dos cargas con valores específicos que se repelen con una fuerza dada.
¿Cómo se convierte una distancia dada en milímetros a metros?
-Para convertir una distancia de milímetros a metros, se divide el número de milímetros por 1000, ya que hay 1000 milímetros en un metro.
¿Cuál es el resultado de la fuerza eléctrica entre dos cargas después de aplicar la ley de Coulomb en el ejemplo?
-El resultado de la fuerza eléctrica entre las dos cargas en el ejemplo, después de aplicar la ley de Coulomb, es de 2.15 x 10⁻¹⁹ newtones.
¿Cómo se determina la distancia entre dos cargas repelentes si se conoce la fuerza y las cargas?
-Para determinar la distancia entre dos cargas repelentes se utiliza la fórmula de la ley de Coulomb, despejando la distancia (r) mediante el uso de la raíz cuadrada, reemplazando los valores conocidos de la fuerza (F), las cargas (q1 y q2), y la constante de Coulomb (k).
¿Qué pasos son necesarios para convertir una cantidad de electrones en su equivalente en coulombs?
-Para convertir una cantidad de electrones en su equivalente en coulombs, se multiplica la cantidad de electrones por el valor de la carga elemental de un electrón, que es 1.6 x 10⁻¹⁹ C.
¿Cómo se resuelve el tercer problema del guión, donde se pide encontrar la carga si se conoce que una carga es el triple de otra y la fuerza de repulsión?
-Se resuelve aplicando la ley de Coulomb, sustituyendo la carga 1 con una expresión en términos de la carga 2, y luego utilizando las relaciones proporcionadas para despejar la carga 2. Después, se calcula la carga 1 usando la relación de que es tres veces la carga 2.
¿Cuál es la importancia de las tablas de equivalencias en física?
-Las tablas de equivalencias son importantes en física porque permiten convertir diferentes unidades de medida a una estándar común para facilitar los cálculos y comparaciones en física, especialmente en el cálculo de magnitudes como fuerzas, energías y cargas eléctricas.
Outlines
😀 Introducción a la Electricidad y Leyes de Electrostática
El primer párrafo aborda la parte práctica de la unidad temática número uno de física, enfocándose en los conceptos básicos de electricidad. Se mencionan las dos leyes de la electrostática: la primera ley, de naturaleza cualitativa, establece que las cargas de distinto signo se atraen, mientras que las de mismo signo se rechazan. La segunda ley, la ley de Coulomb, es cuantitativa y permite determinar la fuerza eléctrica entre dos cargas a través de una fórmula que involucra la constante de Coulomb, las cargas y la distancia entre ellas al cuadrado. Además, se destaca la importancia de las tablas de equivalencias y las unidades de medida para entender y resolver problemas de electricidad.
🔍 Conversión de Cargas y Aplicación de la Ley de Coulomb
En el segundo párrafo se ilustra cómo convertir las cargas en términos de la constante de Coulomb y cómo aplicar la ley de Coulomb para calcular la fuerza entre dos cargas. Se proporciona un ejemplo práctico donde se convierten los electrones y protones en su equivalente en coulombs y se calcula la fuerza eléctrica entre dos cargas con una distancia dada. Se resuelve un problema específico que involucra la determinación de si las cargas se atraen o se repelen y el cálculo de la fuerza eléctrica entre ellas.
📏 Calculando la Distancia entre Cargas con una Fuerza Dada
El tercer párrafo se centra en el cálculo de la distancia entre dos cargas cuando se conoce la fuerza con la que se repelen. Se describe el proceso de verificar y convertir las unidades de las cargas y la fuerza para que coincidan y se pueda aplicar la fórmula de Coulomb de manera efectiva. Se resalta la necesidad de manipular la fórmula para despejar la variable de interés, en este caso, la distancia, y se utiliza la raíz cuadrada para resolver el problema.
🔢 Determinando Cargas con una Relación y Fuerza Específica
El cuarto párrafo explora cómo se pueden determinar las cargas cuando se tiene una relación entre ellas y se conoce la fuerza con la que se repelen. Se utiliza un enfoque matemático para reemplazar y manipular la fórmula de Coulomb, tomando en cuenta la relación de las cargas y la fuerza dada. Se aplica la raíz cuadrada para simplificar y resolver por la carga desconocida, proporcionando un ejemplo de cómo se llega a la solución final.
🎓 Conclusión y Agradecimiento
El último párrafo concluye el video con un agradecimiento a los jóvenes por su atención. Se menciona que se ha terminado el tema y se les invita a aplicar los conocimientos adquiridos para resolver problemas similares en el campo de la electricidad.
Mindmap
Keywords
💡Electrostática
💡Leyes de Coulomb
💡Carga eléctrica
💡Constante de Coulomb
💡Conversión de unidades
💡Fuerza eléctrica
💡Distancia entre cargas
💡Carga de electrones y protones
💡Atracción y repulsión
💡Unidades de medida
💡Problemas de electrostática
Highlights
Se comienza explicando la parte práctica de la unidad de física sobre conceptos básicos de electricidad.
Se introducen las dos leyes de la electrostática: la ley cualitativa y la ley cuantitativa de Coulomb.
Se menciona la importancia de la ley de Coulomb para determinar valores numéricos de la fuerza eléctrica.
Se proporciona una fórmula única para resolver problemas de electricidad basada en la ley de Coulomb.
Se destaca la necesidad de utilizar una tabla de relaciones entre variables, símbolos y unidades para entender mejor los problemas.
Se explica cómo convertir electrones y protones en coulombs para aplicar la fórmula de Coulomb.
Se resuelve un problema práctico para determinar si dos cargas se atraen o se repelen y para calcular la fuerza entre ellas.
Se muestra cómo convertir unidades de distancia de milímetros a metros para usar en la fórmula de Coulomb.
Se calcula la fuerza eléctrica entre dos cargas específicas utilizando la fórmula de Coulomb.
Se resuelve un segundo problema para encontrar la distancia de separación entre dos cargas dado la fuerza y las cargas.
Se utiliza la raíz cuadrada para despejar y calcular la distancia en el problema de electricidad.
Se aborda un tercer problema donde se determinan las cargas y la fuerza entre ellas dadas algunas condiciones.
Se hace uso de la relación entre las cargas para simplificar el cálculo en el tercer problema.
Se aplica la fórmula de Coulomb de manera modificada para encontrar la carga cuando se conoce la relación entre ellas y la fuerza.
Se resuelve el cálculo para encontrar la carga número dos y luego se determina la carga número uno usando una relación conocida.
Se concluye el problema final calculando el valor de la carga número uno y se agradece a los jóvenes por su atención.
Transcripts
muy bien jóvenes
acá le voy a explicar la parte práctica
de la unidad por el tema número uno de
física que es conceptos básicos de la
electricidad
ya entonces estas leyes son unas leyes
las dos leyes de la electrostática le
había dicho la primera ley es
simplemente cualitativa en el cual me
indica que este dos cargas positivas
con carga negativa se rechazan y cargas
de diferentes signos en la segunda ley
la ley de coulón
indica
que es una ley cuantitativa en el cual
voy a determinar valores numéricos de la
fuerza que es igual a la que fue una
constante cae con tanta eléctrica por la
carga número 1 por la carga numerador
sobre la distancia al cuadrado entonces
con esta fórmula única fórmula se
necesita voy a utilizar para resolver
los problemas y con esta fórmula voy a
determinar primero fuerzas eléctricas en
algunos problemas voy a determinar
distancia y algunos casos cargas
para eso también estamos una tabla de
relaciones entre las variables símbolo
unidades y activa les ahí está con esta
tabla también se ayuda a poder entender
un poco más los problemas sobre todo las
equivalencias no hay valores que tenemos
que conocer por ejemplo los valores de
acá son los valores que tenemos el valor
de acá que es 9 por día a la 9 minuto
metros cuadrados sobre un cuadrado y la
otra es una digna centímetro cuadrado
sobre el staff con un cuadrado además de
eso tengo que conocer que un coágulo
equivale a 3 x 10 am a la 9 está cobro y
un microblog en igualad y a la menos 6
cobro
además también tengo que conocer que un
electrón o un protón es equivalente a 16
por 19 con el valor de una carga de un
electrón o de un protón
bien ahora les voy a explicar los
problemas este problema
me dice dos masas o dos cargas o masas
cuyas cargas son de aquí tenemos este
este dato acá que me dice que es 6 por
día a la 21 6 por día la 21 electrones y
el otro dato 3.5 por días a las 21 en
protones éstos son cargas son cantidades
de de electrones y cantidad de protones
que está dentro de una masa
y la pregunta me dice
voy a determinar si las cargas se atraen
o se repelen
y también determinar la fuerza eléctrica
entre las dos cargas entre las dos
cargas si una distancia de 15 mm
9 ahí están los datos
segundo paso determinamos los datos
entonces datos tenemos acá carga 1 ahí
están los 6 por 10 a la menos perdón se
ponía a la 21 electrón cargados el punto
5 por día a la 21 protones pero el valor
de cada que se utiliza de la tabla el 10
por 10 y 9 por 10 a las 9 newton metros
cuadrados sobre colón cuando la
distancia me dice que 15 milímetros
calcular la fuerza
pero antes de calcular tengo que
convertir las unidades es decir no puedo
trabajar con electrones ni con protones
por qué razón porque el valor de caitime
caulle la unidad de carga está en cobro
entonces tengo que hacer la respectiva
conversión es decir electrones tengo que
expresarlo en valor de cable protones
también en valores de calidad por lo
tanto voy a utilizar esa equivalencia
que me dice que un electrón es igual a
1.6 por 10 a la menor y 5
pero ante voy a graficar lana lo que me
dice el problema que tengo dos cargas
que abajo están aquí me dice carga
negativa que son los electrones otra
carga positiva que son los botones estas
dos cargas se encuentran una cierta
distancia separadas entre sí 15
milímetros y que se atrae entre sí con
una fuerza con la misma por esa
eléctrica ahí
para hacer una ilustración gracias ahora
voy a convertir nos vamos aquí arriba
vamos a convertir ahí
qué me dice aquí que un electrón
es igual o equivalente un electrón
equivalente a 1.6 por día
cierto
entonces esa equivalencia yo voy a hacer
voy a convertirlo de tal manera que los
electrones se me van a simplificar y así
simplificar
ya entonces en la calculadora utilizando
una calculadora científica voy a
multiplicar 6 por 10 a las 21 por 16
volvía a la menos 19
el resultado me da 960 pero ya nkoulou
ahora si ya está en color ahora sí puedo
utilizar este dato lo mismo hago con la
carga número 2 que está en protón es
igual de la misma manera un protón un
protón que tiene que hice equivalente a
lo mismo unos puntos 61.6 por día la
menos 19
entonces multiplicando 3.5 por día la 21
por 1.6 porque a las 19 en iguala a 560
cv
bien ya tenemos entonces convertido las
dos cartas ahora la placa en la
distancia faltaría convertir porque no
se poder no no voy a trabajar en
milímetro porque porque aquí la unidad
de la caja es metro allí está en metros
por eso entonces yo tengo que
convertirlo a metro y entonces digo que
un metro es equivalente a mil milímetros
en 1215 dividido en tres mil 300 1500
15.000
ya tenemos los datos
bien en las unidades correspondientes
para que simplemente lleva aplica el
siguiente paso que es aplicar la fórmula
la única fórmula que conozco que se
conoce a no pero antes tengo que
responder a la inciso a
que es el inciso alto las cargas se
atraen o se repelen
si las cargas son de diferente signo
obviamente se atrae entonces la
respuesta a la escribe voy a escribir lo
asimilé las cargas se atraen porque son
de diferentes signos y he respondido el
inciso ahora vamos al inciso b determine
la fuerza entre las cargas si la
distancia es de 15 minutos entonces voy
a utilizar la fórmula fuerza eléctrica
en la única fórmula que tengo en ese
entonces
que me dice la fórmula que la fuerza es
igual a constante acá que tenemos los
datos por la carga 1 por la cargador
sobre la distancia 2 flis tanto si ya
tenemos y tenemos la fórmula es
simplemente reemplazar ahí
reemplazando entonces acá
es igual
9 por 10 a 9 newton por metro cuadrado
sobre con un cuadrado
21 en 960 por su dolor y entonces entran
como la distancia es 0 015 metros entre
paréntesis
aquí yo puedo simplificar puedo
simplificar acá y digo qué
yo tengo paulo por paulo entonces estos
dos como los de acá yo voy a simplificar
con colom al cuadrado
este metros al cuadrado voy a
simplificar con el metro al cuadrado
entonces con la calculadora científica
voy a anotar estos datos
9 por día a la 9 x 960 por 560 ese
resultado voy a dividir sobre 0 015 al
cuadrado entonces la respuesta me sale
2.15 por 19
y obviamente que queda y newton porque
todas las unidades del xxi fueron se
simplificaron solamente quedó aquí en
youtube o en otro
muy bien ya tenemos entonces la primera
el primer ejercicio problema
vamos al segundo
en el segundo dice calcular la distancia
de separación entre dos cargas de 1500
estancaron y 12 por 10 a la menos 6 com
se repelen con una fuerza de 05 minutos
tenemos entonces los datos aquí tenemos
la carga 1 cargados y ahora nos dan la
fuerza nos da la fuerza entonces la
pregunta es al calcular la distancia ya
de los datos ahí están
tengo la carga 16 mil 500 estas columnas
etc cargados 12 por día a la menos 6 con
un valor de ca 69 por día a la 9
newton metros cuadrados sobre xisco
lugar a la fuerza 05 new allá la
distancia
bien entonces verificó las unidades y
veo qué
la carga uno tiene comunidades etc
entonces no puedo trabajar con ese
crecer porque tiene que estar en colon
como la carga número 2 entonces
solamente me faltaría igualar la carga
número
hoy voy a convertir la carga número uno
ya entonces el siguiente paso hago la
conversión a dieta según la tabla de
equivalencias dice que un coágulo
equivalente a 3 por 10 a 3 por 10
cordial al 9 está con el aire
entonces es la equivalencia un cobro es
igual a tres por diez para nueve estado
de tal manera que esté seco en stc
simplificamos para que solamente me
quede en cobro
bien ahora acá en la calculadora
la calculadora voy a multiplicar 1500
perdón voy a dividir 1500 dividido en 3
3 por días a la 9
ya entonces / 10.500 dividido entre 3
por día a 9 entonces me sale estos 5 por
día a la menos 7
en cinco horas y les sale en la
calculadora
así 0 5
0,5 x
y salió aquí y es
al menos 6
y está bien no hay problema puede salir
así a algunas les puede salir entonces
no está mal está correcto y que
solamente se recorre la comunidad ya ve
bien el siguiente paso a aplicar la
fórmula la única formulario se conoce
esta no es fuerza por cada por q1 q2
sobre distancia al cuadrado pero en este
caso nos pide hallar la distancia y la
fuerza ya no entonces como ésta es
fuerza entonces tengo que despejarla la
distancia
o sea que aquí la distancia está divida
va a pasar a multiplicar y al mismo
tiempo que la fuerza pasa a dividir
entonces en el siguiente paso ahí está
qué pasó acá la distancia hasta acá y la
fuerza bajó a dividir
bien pero aún no está completamente
despejada la distancia porque está al
cuadrado entonces ese cuadrado para
eliminar se aplica raíz cuadrada a ambos
lados
ya si ustedes explica un solo lado
estaría incorrecto ambos lados se aplica
la raíz de tal manera que ahora ya
podemos simplificar la raíz con el
cuadrado se simplifica y solamente me
quedaría distancia
y al lado derecho que era la raíz pero
vamos a reemplazar los valores de
adentro y valores de cada uno y fuerza
ahí está
y quedó solo en distancia
porque la raíz con el cuadrado se va
raíz cuadrada y adentro tenemos los
valores de acá que es 9 x 19 todo esto
ya van introduciendo en la calculadora x
5 por día menos 7 por 12 por día la
menos 6 todo eso dividido entre 0 5 y
luego sacan la raíz cuadrada
y va a salir la respuesta ya entonces
todo eso sale de cero
la respuesta 0 328 metros
muy bien ahora la unidad de máquina las
unidades
como un cuadrado se van a ir con estos
dos columnas
newton se va a simplificar con el minuto
de acá abajo
y queda en metros cuadrados pero eso
queda dentro de la raíz cuando ya
sacamos la raíz solamente me queda en
micros
y es obvio la distancia civil en metro o
en este caso tiene que quedar en metro
entonces la respuesta es cero como en
328
vamos a la última al último problemita
dice dos cargas
tenemos dos cargas una es el triple de
la otra una el triple de la otra quiere
decir que la carga 1 es tres veces más
que la carga número dos separados a 25
centímetros de distancia
se repelen entonces aquí quiere decir
que una es positiva
pero las dos son positivas se repelen
fragoso positiva con una fuerza de 45
youtube
allá del valor del lado carga
bien vamos a llegar entonces el valor de
la toscana
datos aquí me da una condición que la
carga 1 o la primera carga es igual a
esta fíjense la carga 1 e igual a tres
veces a la cargador triples no se atreve
sean descargados la distancia es de 25
centímetros equivalente directamente ha
convertido a 0 25 metros la fuerza es 45
años
entonces aquí vamos al todos poner el
valor de k
ponerle el valor de escala en este caso
le vamos a poner acá no es cierto es 9
por 10 porque yo pongo 9 por 10 porque
no pongo 1 porque estamos trabajando en
método
en metros entonces cuando está en newton
está en metro entonces y trabajar con
esto que serían minutos por metros
cuadrados
ya
sobre con un cuadrado
bien entonces ya tenemos esos datos
vamos a aplicar la única fórmula que se
conoce en esa izquierda ahora aquí lo
que vamos a hacer en los siguientes
piense entonces como no tenemos valores
de carga
lo único tenemos esta relación que es la
carga 1 en igual atreverse a la cargado
entonces lo que vamos a reemplazar el
valor de la carga 1 de tal forma que
arias
en vez de poner carga uno se pone entre
paréntesis a cambies
ahí entre paréntesis tres cargados es
que es precargado no es cierto
descargado en el siguiente paso como ya
son iguales está estas cargas la carga 2
igual a esta carga de aquí al lado de
afuera entonces yo puedo multiplicar
cargado por ganador
me quedaría cargado al cuadrado
fíjense entonces ahí está
entonces que queda que la carga 2 se
multiplicaron y quedan cargados al
cuadrado en la misma carga
luego en el siguiente paso voy a
despejar la carga 2
aquí hago dos paso a la vez invierto la
ecuación y luego despejó la carga 2 al
cuadrado de tal manera que la distancia
que está dividiendo está pasando a
multiplicar a la fuerza
y 3 ca boca 3 pasa a vivir
por acá
bien ahora sí ya tenemos despejada la
pero no me falta todavía porque es total
cuadrado entonces ya saben cómo
eliminamos el cuadrado aplicando la raíz
cuadrada a ambos lados cierto ahí está
no se quedaría simplemente con su carga
número 2
y directamente ya lo reemplazó al otro
lado
pongo raíz cuadrada de aquí me dice
fuerza fuerza vale 45
por la distancia la instancia 0 25
metros entre para intensidades cuadrados
sobre 3
este es el 3 y este es el valor de ca 9
por cada 9
entonces aquí yo simplificó newton con
esto se van metros cuadrados con metros
cuadrados se van y queda en kabul un
cuadrado pero esto saliendo de la raíz
quedaría solamente en covelo
por lo tanto aplico la calculadora saco
la raíz cuadrada de toda esa operación
de abajo y voy a obtener como respuesta
de que la carga número dos es 1.022 por
diana menos 5 con ahí
y finalmente ya tenemos la carga 2 por
lo tanto voy a hallar la 1 le faltaría
la cara la carga 1 utilizó esta
equivalencia que tenemos al inicio que
pusimos a que el dato aquí
voy a notarlo acá
eso sería carga 1 es igual a 3 por la
carga 2 como ya la carga 2 conocemos
simplemente reemplazamos ahí
3 por la carga número 2 que 1.02 por día
en la menos 5 multiplicando a esa
humedad 3.06 por díaz a la menos 5 con
esto ya tenemos ahí el valor o los
valores de la carga 1
bien de esta manera el bronce terminamos
el campo
muchísimas gracias jóvenes
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