LA CAIDA EN LOS CUERPOS EN EL AIRE

¿Qué cae más rápido una hoja de papel o una moneda? ¿Podrían caer al mismo tiempo? Depende y SI. ¿De qué depende? ¿Cómo podríamos conseguir que cayeran a la vez? Vamos a explicarlo y analizar el movimiento de caida libre de los cuerpos.

   ¿Qué cae antes una hoja de papel o una moneda?. Depende. Vamos a explicar estos fenómenos físicos. Hablemos primero de los fenómenos en la tierra.

   Como sabemos la tierra está rodeada de un gas llamado atmósfera y que ese gas cuando rodea a la superficie terrestre le llamamos aire. También tenemos que hablar de la ley de newton F= m x g, que dice que la fuerza de atracción de la tierra es mayor cuanto más masa tiene el cuerpo, pero el cuerpo además según va cayendo va aumentando su velocidad por la gravedad (g=aceleración).

   Según la ley de newton dos cuerpos caerán sobre la tierra a la misma velocidad solo si tienen la misma masa. ¿Y que pasa con el aire?. Pues el aire hace que los cuerpos se desaceleran (se frenen) por el rozamiento del cuerpo contra el aire según van cayendo, pero el rozamiento será mayor en cuerpos que tengan mayor superficie de contacto con el aire, es decir los cuerpos de mayor superficie, rozan más y caerán más despacio, aunque tengan igual masa, pues el aire hace que los cuerpos se desaceleran (se frenen) por el rozamiento del cuerpo contra el aire según van cayendo, pero el rozamiento será mayor en cuerpos que tengan mayor superficie de contacto con el aire, es decir los cuerpos de mayos superficie, rozan más y caerán más despacio, aunque tengan igual masa.

   Pues si que la hemos liado, ahora dos cuerpo de igual masa ya no caen sobre la tierra a la vez, si no que depende, el de mayor superficie (o volumen) caerá más despacio por que roza más con el aire. Pues así es.

   Conclusión a todo esto: Dos cuerpos caerán sobre la superficie de la tierra a la misma velocidad, solo si tienen la misma masa y el mismo volumen. Ahora bien si la distancia de caída es muy pequeña, la aceleración de los cuerpos (g) es muy pequeña, y aunque tuvieran distinta masa podrían caer casi a la vez.

   Esto lo podemos comprobar con la moneda y el papel. Si soltamos a poca distancia la hoja de papel y la moneda, se verá que claramente, que cae mucho más rápido la moneda, pero si ahora cogemos la hoja de papel y hacemos una bolita (disminuyendo su superficie) podremos apreciar que caen los dos casi a la vez (y eso que es la misma masa de papel). ¿Por qué? pues por que ahora al tener poca superficie de papel el aire frena mucho menos el papel.

VERIFICACION EXPERIMENTAL DE LA LEY COULOMB

Es posible verificar la ley de Coulomb mediante un experimento sencillo. Considérense dos pequeñas esferas de masa "m" cargadas con cargas iguales, del mismo signo, y que cuelgan de dos hilos de longitud l, tal como se indica en la figura adjunta. Sobre cada esfera actúan tres fuerzas: el peso mg, la tensión de la cuerda T y la fuerza de repulsión eléctrica entre las bolitas . En el equilibrio:

(1)

y también:

(2)

Dividiendo (1) entre (2) miembro a miembro, se obtiene:

Siendo  la separación de equilibrio entre las esferas cargadas, la fuerza  de repulsión entre ellas, vale, de acuerdo con la ley de Coulomb  y, por lo tanto, se cumple la siguiente igualdad:

(3)

Al descargar una de las esferas y ponerla, a continuación, en contacto con la esfera cargada, cada una de ellas adquiere una carga q/2, en el equilibrio su separación será  y la fuerza de repulsíón entre las mismas estará dada por:

Por estar en equilibrio, tal como se dedujo más arriba: . Y de modo similar se obtiene:

(4)

Dividiendo (3) entre (4), miembro a miembro, se llega a la siguiente igualdad:

(5)

Midiendo los ángulos  y  y las separaciones entre las cargas  y  es posible verificar que la igualdad se cumple dentro del error experimental. En la práctica, los ángulos pueden resultar difíciles de medir, así que si la longitud de los hilos que sostienen las esferas son lo suficientemente largos, los ángulos resultarán lo bastante pequeños como para hacer la siguiente aproximación:

Con esta aproximación, la relación (5) se transforma en otra mucho más simple:

 

De esta forma, la verificación se reduce a medir la separación entre cargas y comprobar que su cociente se aproxima al valor indicado.

ENUNCIADO DE LA LEY

La ley de Coulomb es válida solo en condiciones estacionarias, es decir, cuando no hay movimiento de las cargas o, como aproximación cuando el movimiento se realiza a velocidades bajas y en trayectorias rectilíneas uniformes. Es por ello que es llamada fuerza electrostática.

En términos matemáticos, la magnitud  de la fuerza que cada una de las dos cargas puntuales  y  ejerce sobre la otra separadas por una distancia  se expresa como:

Dadas dos cargas puntuales  y  separadas una distancia  en el vacío, se atraen o repelen entre sí con una fuerza cuya magnitud está dada por:

La Ley de Coulomb se expresa mejor con magnitudes vectoriales:

donde  es un vector unitario, siendo su dirección desde la cargas que produce la fuerza hacia la carga que la experimenta.

Al aplicar esta fórmula en un ejercicio, se debe colocar el signo de las cargas q1 o q2, según sean estas positivas o negativas.

El exponente (de la distancia: d) de la Ley de Coulomb es, hasta donde se sabe hoy en día, exactamente 2. Experimentalmente se sabe que, si el exponente fuera de la forma , entonces .

Representación gráfica de la Ley de Coulomb para dos cargas del mismo signo.

Obsérvese que esto satisface la tercera de la ley de Newton debido a que implica que fuerzas de igual magnitud actúan sobre  y . La ley de Coulomb es una ecuación vectorial e incluye el hecho de que la fuerza actúa a lo largo de la línea de unión entre las cargas.

LEY DEL COULOMB

La magnitud de cada una de las fuerzas eléctricas con que interactúan dos cargas puntuales en reposo es directamente proporcional al producto de la magnitud de ambas cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa y tiene la dirección de la línea que las une. La fuerza es de repulsión si las cargas son de igual signo, y de atracción si son de signo contrario.

Charles-Augustin de Coulomb desarrolló la balanza de torsión con la que determinó las propiedades de la fuerza electrostática. Este instrumento consiste en una barra que cuelga de una fibra capaz de torcerse. Si la barra gira, la fibra tiende a hacerla regresar a su posición original, con lo que conociendo la fuerza de torsión que la fibra ejerce sobre la barra, se puede determinar la fuerza ejercida en un punto de la barra. La ley de Coulomb también conocida como ley de cargas tiene que ver con las cargas eléctricas de un material, es decir, depende de si sus cargas son negativas o positivas.

Variación de la fuerza de Coulomb entre dos cargas puntuales en función de la distancia.

En la barra de la balanza, Coulomb colocó una pequeña esfera cargada y a continuación, a diferentes distancias, posicionó otra esfera también cargada. Luego midió la fuerza entre ellas observando el ángulo que giraba la barra.

Dichas mediciones permitieron determinar que:

• La fuerza de interacción entre dos cargas  y  duplica su magnitud si alguna de las cargas dobla su valor, la triplica si alguna de las cargas aumenta su valor en un factor de tres, y así sucesivamente. Concluyó entonces que el valor de la fuerza era proporcional al producto de las cargas:

       y       

¿COMO CARGAR UN CUERPO?

A.- Electrizacion por contacto 
Se puede cargar un cuerpo con sólo tocarlo con otro previamente cargado. En este caso, ambos quedan con el mismo tipo de carga, es decir, si toco un cuerpo neutro con otro con carga positiva, el primero también queda con carga positiva. 

B.- Electrizacion por frotamiento 
Al frotar dos cuerpos eléctricamente neutros (número de electrones = número de protones), ambos se cargan, uno con carga positiva y el otro con carga negativa. 
Si frotas una barra de vidrio con un paño de seda, hay un traspaso de electrones del vidrio a la seda. 
Si frotas un lápiz de pasta con un paño de lana, hay un traspaso de electrones del paño a al lápiz. 

C.- Electrizacion por inducción 
Un cuerpo cargado eléctricamente puede atraer a otro cuerpo que está neutro. Cuando acercamos un cuerpo electrizado a un cuerpo neutro, se establece una interacción eléctrica entre las cargas del primero y el cuerpo neutro. 
Como resultado de esta relación, la redistribución inicial se ve alterada: las cargas con signo opuesto a la carga del cuerpo electrizado se acercan a éste. 
En este proceso de redistribución de cargas, la carga neta inicial no ha variado en el cuerpo neutro, pero en algunas zonas está cargado positivamente y en otras negativamente 
Decimos entonces que aparecen cargas eléctricas inducidas. Entonces el cuerpo electrizado induce una carga con signo contrario en el cuerpo neutro y por lo tanto lo atrae

ESTRUCTURA DEL ATOMO

La teoría aceptada hoy es que el átomo se compone de un núcleo de carga positiva formado por protones y neutrones, en conjunto conocidos como nucleones, alrededor del cual se encuentra una nube de electrones de carga negativa.

El Núcleo Atómico[editar]

El núcleo del átomo se encuentra formado por nucleones, los cuales pueden ser de dos clases:

• Protón: Partícula de carga eléctrica positiva igual a una carga elemental, y 1,67262 × 10^–27 kg. y una masa 1837 veces mayor que la del electrón
• Neutrón: Partículas carentes de carga eléctrica y una masa un poco mayor que la del protón (1,67493 × 10^-27 kg).

El núcleo más sencillo es el del hidrógeno, formado únicamente por un protón. El núcleo del siguiente elemento en la tabla periódica, el helio, se encuentra formado por dos protones y dos neutrones. La cantidad de protones contenidas en el núcleo del átomo se conoce como número atómico, el cual se representa por la letra Z y se escribe en la parte inferior izquierda del símbolo químico. Es el que distingue a un elemento químico de otro. Según lo descrito anteriormente, el número atómico del hidrógeno es 1 (¹H), y el del helio, 2 (²He).

La cantidad total de nucleones que contiene un átomo se conoce como número másico, representado por la letra A y escrito en la parte superior izquierda del símbolo químico. Para los ejemplos dados anteriormente, el número másico del hidrógeno es 1(₁H), y el del helio, 4(₄He).

Existen también átomos que tienen el mismo número atómico, pero diferente número másico, los cuales se conocen como isótopos. Por ejemplo, existen tres isótopos naturales del hidrógeno, el protio (¹H), el deuterio (²H) y el tritio (³H). Todos poseen las mismas propiedades químicas del hidrógeno, y pueden ser diferenciados únicamente por ciertas propiedades físicas.

Otros términos menos utilizados relacionados con la estructura nuclear son los isótonos, que son átomos con el mismo número de neutrones. Los isóbaros son átomos que tienen el mismo número másico.

Debido a que los protones tienen cargas positivas se deberían repeler entre sí, sin embargo, el núcleo del átomo mantiene su cohesión debido a la existencia de otra fuerza de mayor magnitud, aunque de menor alcance conocida como la interacción nuclear fuerte.

PROPIEDADES DE LA CARGA ELECTRICA

1) hay dos tipos de cargas en la naturaleza,con la propiedad de que las cargas de signos diferentes se atraen unas a otras y cargas de signos iguales se rechazan o repelen.


2) la fuerza de atraccion o repulsion entre las cargas varia con el inverso al cuadrado de su distancia de separacion.

3) La carga se conversa: esto de acuerdo a la ley de la conservacion de la materia y la energia. aquella sustancias que pierden electrones se cargan positivamente y las que ganan electrones, se cargan negativamente.

4) la carga esta cuntizada: esto es que posee valores unitarios ya predispuestos. en el caso del proton su carga es de Mas1  el del electron es de Menos1

TIPOS DE CARGA ELECTRICA

CARACTERISTICAS DE CARGAS ELECTRICAS

 En física, la carga eléctrica es una propiedad intrínseca de algunas partículas subatómicas (pérdida o ganancia de electrones) que se manifiesta mediante atracciones y repulsiones que determinan las interacciones electromagnéticas entre ellas. La materia cargada eléctricamente es influida por los campos electromagnéticos siendo, a su vez, generadora de ellos. La interacción entre carga y campo eléctrico origina una de las cuatro interacciones fundamentales: la interacción electromagnética.

La carga eléctrica es de naturaleza discreta, fenómeno demostrado experimentalmente por Robert Millikan. Por razones históricas, a los electrones se les asignó carga negativa: –1, también expresada –e. Los protones tienen carga positiva: +1 o +e. A los quarks se les asigna carga fraccionaria: ±1/3 o ±2/3, aunque no se han podido observar libres en la naturaleza.