La fuerza electrostática
Ejemplo 1: El átomo de hidrógeno
El electrón y el protón en un átomo de hidrógeno están separados por una distancia en promedio de 5.3 x 10-11m. ¿Cuál es la magnitud de la fuerza eléctrica y la fuerza gravitacional entre las dos partículas?
Solución:
De acuerdo a la ley de Coulomb, encontramos que la fuerza eléctrica atractiva tiene la magnitud:
Utilizando la ley de gravedad universal de Newton para las masas de partículas, determinamos que la fuerza gravitacional tiene la magnitud:
La razón
Así pues, la fuerza gravitacional entre partículas atómicas cargadas es despreciable comparada con la fuerza eléctrica.
Ejemplo 2. Triángulo rectángulo.
Tres cargas están localizadas de tal manera que forman un triángulo rectángulo, donde q1=q3=3μC y q2=-1μC y la distancia entre q2q3=q1 q2=0.10m. ¿Cuál es la fuerza resultante sobre q3?
Fuente: Tomada de Física (p. 722) por Raymond A. S.,1994, Mc Graw Hill. Derechos de autor, 1994.
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Solución
La fuerza F23 es causada por q23 y q23 y es una fuerza atractiva ya que tienen signos contrarios, mientras que F3 son repulsivas por que F3 y F3 tiene el mismo signo.
La magnitud de F3 es.
La distancia que separa F3 a F3 utilizando el teorema de Pitágoras es de 0,1414 m. De esta manera, podemos calcular la magnitud F3 es:
La fuerza q3 es repulsiva y forma un ángulo de 45° con el eje x. Por lo tanto F3 Cos 45°=0.955 N. La fuerza q3 se encuentra en la dirección x negativa. Por lo tanto las componentes x y y resultantes sobre la carga q3 se pueden escribir:
Nosotros también lo podemos expresar en forma vectorial de la siguiente manera:
