Prueba lúdica sobre electrostática

Resuelva el siguiente  test  de selección múltiple con única respuesta y con  base en sus respuestas descifre el mensaje  encriptado  que se presenta al final del mismo.

1.    En órden cronológico ascendente los orígenes de la electrostática  están asociados a

A.      Gilbert, Tales de Mileto, Coulomb

B.      Tales de Mileto, Coulomb, Gilbert

C.      Coulomb, Gilbert, Tales de Mileto

D.      Tales de Mileto, Gilbert, Coulomb

2.    En griego “Elektron” significa

A.      Partícula

B.      Carga negativa

C.      Ámbar

D.      Interacción

3.    De acuerdo a la ley de Coulomb  si las dos cargas eléctricas ambas se duplican y la distancia entre ellas también se duplica, la fuerza  electrostática

A.      También se duplica

B.      Sigue igual

C.      Se cuadruplica

D.      Se reduce a la mitad

4.    En 15  segundos, la carga eléctrica que puede almacenarse en una esfera metálica aislada con una corriente de  20 mA  es:

A.        0,3  C

B.        0,6  C

C.        0,03 C

D.        3 C

5.  I.   Coulomb midió  la constante de su ley electrostática  mediante la balanza de torsión

II.   Isaac Newton  también utilizó la balanza de torsión en su ley de gravitación universal

A    I    y  II son falsas

B.   I   es  falsa  y   II  es verdadera

C.   I  es verdadera y  II   es falsa

D.  I  y  II  son verdaderas

6   I.       Robert Millikan  descubrió la cuantización de la carga eléctrica

II.      Un Culombio es una carga eléctrica equivalente a cerca de  6 trillones de electrones

A    I    y  II son falsas

B.   I   es  falsa  y   II  es verdadera

C.   I  es verdadera y  II   es falsa

D.  I  y  II  son verdaderas

7.      Si las cargas eléctricas permanecen sin variar y la distancia se reduce a la mitad, la fuerza electrostática entre ellas se

A.       Duplica

B.      Se cuadruplica

C.      Se vuelve ocho veces mayor

D.      Se  triplica

8.      Una sección de una lámina está cargada positivamente. Las líneas de fuerza del campo eléctrico correctamente  orientadas  corresponden a la

A.      Figura 1

B.      Figura 2

C.      Figura 3

D.      Figura 4

Para las preguntas 9,  10,  11  y   12   tenga en cuenta la siguiente información

Dos esferas metálicas de radio despreciable están suspendidas de hilos de seda de masa despreciable y de 1 metro de longitud. Cada esfera se carga positivamente con 50 microculombios, formando un ángulo ɵ de 45 grados entre el hilo y la normal.

  

1.                 9.      La fuerza electrostática de repulsión de una esfera a la otra es de

A    22,5 N

B.   11.25 N

C.  67,5 N

D.  90 N

10.   La fuerza de tensión en cada cuerda es de aproximadamente

A.     15,9 N

B.      45 N

C.      31,8 N

D.       63,6  N

3.         11     El peso de cada esfera es de aproximadamente:

A.       12,6 N

B.      15,9  N

C.      24,5 N

D.      11.25  N

12.    La masa de cada  esfera es de aproximadamente:

A.       0,81 kg

B.      1,62 kg

C.      1.147  kg

D.      4,86 kg

Para las preguntas 13, 14, 15,16  y  17   tenga en cuenta la siguiente información

13.       Si Q1 = Q2 =  270   microculombios,  ambas positivas,  estando Q1 en (-3,0)  y  Q2  en (6,0), la fuerza electrostática de una carga sobre la otra es

A    8,1  N

B    16,2 N

C.   0,81  N

D.  81  N

14        La intensidad de campo eléctrico resultante  en el origen,  para las cargas del ejercicio anterior es

A.  135000  N/C

B.   202500 N/C

C.   272000 N/C

D.   339500  N/C

15.     La dirección de la intensidad de campo eléctrico resultante para el ejercicio anterior es

A.   0°

B.    90°

C.    180°

D.   270°

16    Si Q1 = Q2 =  25 microculombios, ambas positivas, ubicadas en (-4,0) y  ( 4,0)               respectivamente, la   intensidad de campo eléctrico resultante en el punto P(0,3) es

A.      5400  N/C

B.      4500  N/C

C.      9000  N/C

D.      10800  N/C

5.                      17      Para el ejercicio anterior, la dirección del vector Intensidad de campo eléctrico  resultante es

A.         0°

B.        90°

C.        180°

D.        270°

 Descifre  con  base  a  sus  respuestas  el  siguiente   mensaje: 

Tenga en cuenta la siguiente tabla para que efectúe los cambios respectivos:

Si las respuestas están correctas en cada casilla  debe ubicarse una única letra.

Tenga en cuenta además las siguientes instrucciones:

1.       Si la respuesta a la pregunta 1  es  A  coloque en la casilla del símbolo $  la letra N, si la respuesta es  B   coloque en la casilla del símbolo %   la letra T,  si es C   coloque en la casilla del símbolo ¿   la letra M  y si es D  coloque en la casilla del símbolo &   la letra P.

2.       Si la respuesta a la pregunta 2  es  A  coloque en la casilla del símbolo #  la letra T, si la respuesta es  B   coloque en la casilla del símbolo ?   la letra N,  si es C   coloque en la casilla del símbolo )   la letra F  y si es D  coloque en la casilla del número 1   la letra O.

3.       Si la respuesta a la pregunta 3  es  A  coloque en la casilla del símbolo (  la letra S, si la respuesta es  B   coloque en la casilla del número 1   la letra L,  si es C   coloque en la casilla del símbolo ¿   la letra N   y si es D  coloque en la casilla del número 3  la letra S.

4.       Si la respuesta a la pregunta 4  es  A  coloque en la casilla del símbolo ?  la letra Q, si la respuesta es  B   coloque en la casilla del número 2  la letra S,  si es C   coloque en la casilla del símbolo $  la letra D   y  si es D  coloque en la casilla del número 3  la letra E.

5.       Si la respuesta a la pregunta 5  es  A  coloque en la casilla del número 3  la letra M, si la respuesta es  B   coloque en la casilla del símbolo )  la letra T,  si es C   coloque en la casilla del número 4   la letra U  y si es D  coloque en la casilla del número 6  la letra A.

6.       Si la respuesta a la pregunta 6  es  A  coloque en la casilla del símbolo &  la letra S, si la respuesta es  B   coloque en la casilla del símbolo #   la letra N,  si es C   coloque en la casilla del número 7   la letra O  y si es D  coloque en la casilla del símbolo  (   la letra R.

7.       Si la respuesta a la pregunta 7  es  A  coloque en la casilla del símbolo )  la letra N, si la respuesta es  B   coloque en la casilla del símbolo #   la letra M,  si es C   coloque en la casilla del número 2   la letra T   y si es D  coloque en la casilla del número 8  la letra O.

8.       Si la respuesta a la pregunta 8  es  A  coloque en la casilla del número 9  la letra T, si la respuesta es  B   coloque en la casilla del número 5   la letra O,  si es C   coloque en la casilla del número 7    la letra  A   y  si es D  coloque en la casilla del número 8  la letra E.

9.       Si la respuesta a la pregunta 9 es  A  coloque en la casilla del símbolo % la letra D, si la respuesta es  B   coloque en la casilla del símbolo $  la letra T,  si es  C   coloque en la casilla del número 6  la letra I   y  si es D  coloque en la casilla del número 9  la letra M.

10.   Si la respuesta a la pregunta 10  es  A  coloque en la casilla del número 2  la letra C, si la respuesta es  B   coloque en la casilla del número 4  la letra O,  si es C   coloque en la casilla del número 5   la letra I  y  si es  D  coloque en la casilla del símbolo ?  la letra C.

11.   Si la respuesta a la pregunta 11  es  A  coloque en la casilla del símbolo &  la letra N, si la respuesta es  B   coloque en la casilla del número 7  la letra I,  si es C   coloque en la casilla del símbolo ?   la letra U   y  si es D  coloque en la casilla del símbolo  ¿  la letra S.

12.   Si la respuesta a la pregunta 12  es  A  coloque en la casilla del símbolo ( la letra N, si la respuesta es  B   coloque en la casilla del símbolo )  la letra Q,  si es C   coloque en la casilla del número 6  la letra O  y  si es D  coloque en la casilla del símbolo %  la letra F.

13.   Si la respuesta a la pregunta 13  es  A  coloque en la casilla del símbolo % la letra B, si la respuesta es  B   coloque en la casilla del símbolo (  la letra E,  si es C   coloque en la casilla del número 4   la letra I   y  si es D  coloque en la casilla del símbolo #  la letra O.

14.   Si la respuesta a la pregunta 14  es  A  coloque en la casilla del símbolo &  la letra B, si la respuesta es  B   coloque en la casilla del  número 3    la letra D,  si es C   coloque en la casilla del símbolo ¿  la letra E   y  si es D  coloque en la casilla del número 1  la letra N.

15.   Si la respuesta a la pregunta 15  es  A  coloque en la casilla del número 8  la letra I, si la respuesta es  B   coloque en la casilla del número 3  la letra E,  si es C   coloque en la casilla del símbolo $   la letra L   y  si es D  coloque en la casilla del número 6  la letra N.

16.   Si la respuesta a la pregunta 16  es  A  coloque en la casilla del número 1  la letra P, si la respuesta es  B   coloque en la casilla del número 7  la letra N,  si es C   coloque en la casilla del número 2   la letra R   y  si es D  coloque en la casilla del número 5  la letra E.

17.   Si la respuesta a la pregunta 17  es  A  coloque en la casilla del número 8  la letra A, si la respuesta es  B   coloque en la casilla del número 9  la letra N,  si es C   coloque en la casilla del número 9   la letra U   y  si es D  coloque en la casilla del número 5  la letra A.

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SOLUCIONES:

Respuestas al test:

1. D     2. C     3. B     4.A     5. C     6. D     7. B     8. C     9. B     10. A     11. D

12. C        13. A        14. B        15. A        16. D        17. B

Mensaje descifrado:

" TODA   LA    CIENCIA    NO    ES    MAS    QUE    UN    REFINAMIENTO    DEL

   PENSAMIENTO    COTIDIANO "    ALBERT    EINSTEIN

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Electrostática

Desde la antigüedad ya los griegos habían observado que cuando frotaban fuertemente un trozo de ámbar, podía atraer objetos pequeños  Uno de ellos fue  Tales de Mileto, allá por el año 600 A.C. Mientras paseaba con sus discípulos, observó que, al frotar este material contra su vestimenta, se habían adherido los hilos de su manto.

En  1660 el médico y físico inglés William Gilbert, al frotar el ámbar (una resina fósil de color amarillo)  con un paño, descubrió que el fenómeno de atracción  hacia cuerpos muy livianos se debía a la interacción que se ejercía entre dos cargas eléctricas estáticas, una positiva (+) y la otra negativa (–).

 A ese fenómeno físico Gilbert lo llamó “electricidad”, por analogía con “elektron”, nombre que en griego significa ámbar.

Más tarde en 1875. el físico francés Charles de Coulomb, enunció una ley que lo hizo célebre en el estudio de la electrostática.

LEY DE COULOMB: La fuerza ejercida por una carga puntual sobre otra está dirigida a lo largo de la línea que las une. La fuerza es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que separa las cargas y es proporcional al producto de estas. La fuerza es repulsiva si las cargas tienen el mismo signo y es atractiva si las cargas tienen signos opuestos.

¿ Por qué dos cargas de igual signo se repelen y las de diferente signo se atraen ?   Para el autor de este blog no existe en la física una explicación  de este hecho, o al menos para mí es desconocida la respuesta a esta pregunta.

Veamos ahora una situación experimental que si la podemos comprender:

Veamos enseguida el procedimiento experimental utilizado por Coulomb para calcular el valor de la constante de proporcionalidad en la fórmula de su ley.

Para  ello utilizó una BALANZA  DE  TORSIÓN la cual  se basa en el principio demostrado por Coulomb que dice: ”la fuerza de torsión es proporcional al ángulo de torsión”.

 . El proceso consistía en medir los ángulos de torsión que sufría la varilla móvil sujeta del hilo  como resultado de la fuerzas de  repulsión entre  la esferitas metálicas,  fijas y móviles,  previamente electrizadas, 

  Si la Intensidad de corriente eléctrica que fluye por un conductor es igual a la relación entre la carga y el tiempo:  I  =  Q / t,   de esta fórmula se puede calcular la carga como Q = I. t.

 d

Por ejemplo en 1 minuto, la carga eléctrica en exceso, en Coulombios,  que puede almacenarse en una esfera metálica aislada con  1 miliAmperio de corriente se calcula como:

Q  =  I. t  =  (1 x 0,001  A) ( 60 s) = 0,06 C

Si suponemos las cargas iguales  en cada par de esferas, y sabemos su valor, y además conocemos la distancia entre los dos centros de las esferas, se puede despejar la constante, y si además por medio del ángulo de torsión se puede medir la fuerza de repulsión eléctrica entre ellas, entonces se puede calcular el valor de la constante así:

Se puede experimentar con esferas muy livianas para hacer despreciables sus pesos.

Henry  Cavendish, físico y químico británico,  utilizó un método experimental similar al de Coulomb para hallar la constante de la fórmula de la ley de la gravitación universal de Isaac newton en 1789.

Por otra  parte,  las investigaciones actuales de la física, como el experimento de la gota de aceite realizado por Robert Millikan en 1909,   apuntan a que la carga eléctrica está cuantizada, o sea formada por "paquetes de partículas" . 

En la fotografía aparece Robert Millikan con Albert Einstein

La unidad más elemental de carga se encontró que es la carga que tiene el electrón, es decir aproximadamente  de 1,6 × 10^-19 culombios y es conocida como carga elemental.

_{Se  puede calcular:   1 C =  6,2 x 10}¹⁸ e,   o  sea  1  Culombio es una carga eléctrica equivalente a un valor aproximado de  6 trillones de electrones.

Estudiemos a continuación otro concepto muy importante en la electrostática:

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EJERCICIOS DE  APLICACIÓN:

EJERCICIO  #  1:

   Dos esferas metálicas idénticas, de radio despreciable,  están suspendidas del mismo punto por medio de  hilos  de seda de masa despreciable  y  de longitud  L = 60  cm. 

  Cada esfera se carga con carga positiva q = 10 micro culombios  separándose hasta formar un ángulo de θ = 30°  entre el hilo y la normal.

a) ¿ De cuántos Newton es la fuerza con que una esfera repele a la otra ?

b) ¿ De cuántos Newton es la fuerza de tensión del hilo ?

c) ¿ De cuántos Newton es el peso de cada esfera ?

EJERCICIO  # 2:

  En los vértices de un cuadrado de 10 cm de lado se encuentran ubicadas las cargas indicadas en la figura siendo  q = 200  micro culombios.

a) Calcule la fuerza neta  sobre la carga  situada en  cada vértice del cuadrado por efecto de las demás. Indique la dirección de cada fuerza.

b)  ¿ De qué valor en N/C   y   de qué dirección  es la Intensidad  del campo eléctrico resultante en el centro del cuadrado   ?

c)  ¿ Si todas las cargas en cada vértice del cuadrado fueran iguales en signo y en magnitud, de qué valor será la intensidad del campo eléctrico en el centro del cuadrado ?

EJERCICIO  # 3:

EJERCICIO  # 4:

Dos cargas positivas de  2  y  4  microculombios  se encuentran separadas 20 centímetros en una línea horizontal.  ¿ En qué punto la Intensidad de campo eléctrico resultante será cero ?

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PROBLEMAS  RESUELTOS  DEL  CAMPO  ELÉCTRICO

Se  recomienda  leer  detenida y comprensivamente el documento  en PDF escrito por el profesor Luis Gonzalo Revelo Pabón,  donde se encuentran  varios ejercicios  resueltos y explicados detalladamente   sobre Campo elèctrico:

http://es.slideshare.net/GONZALOREVELOPABON/campo-electrico-problemas-resueltosgonzalo-revelo-pabon