Movimiento ondulatorio

Definimos el Movimiento Ondulatorio como el proceso por el que se propaga energía de un lugar a otro sin transferencia de materia, mediante ondas mecánicas o electromagnéticas. En cualquier punto de la trayectoria de propagación se produce un desplazamiento periódico, u oscilación, alrededor de una posición de equilibrio.

Puede ser una oscilación de moléculas de aire, como en el caso del sonido que viaja por la atmósfera, de moléculas de agua (como en las olas que se forman en la superficie del mar) o de porciones de una cuerda o un resorte. En todos estos casos, las partículas oscilan en torno a su posición de equilibrio y sólo la energía avanza de forma continua.

Elementos del Movimiento Ondulatorio


En un movimiento ondulatorio se pueden distinguir los siguientes elementos:

Amplitud : Es la distancia entre el punto de máxima elongación y el punto medio de la onda. Es la elongación máxima alcanzada por la onda.
Cresta : Es el punto de máxima de elongación. Parte superior de la onda.
Valle: Es la parte inferior de la onda.
Período: Es el tiempo que tarda una onda en pasar de un punto de máxima amplitud al siguiente. Tiempo que emplea en realizar una oscilación completa o recorrer una longitud de onda.
Frecuencia: Es el número de veces que la vibración se produce por unidad de tiempo.
Longitud de onda: Es la distancia que recorre la onda cuando realiza una oscilación completa. Es la distancia entre tres nodos consecutivos.

Clases de Ondas

Las ondas pueden ser clasificadas de distintas formas, dependiendo de los factores que se tengan en cuenta para hacerlo o dependiendo de su materia la cual varia dependiendo de la onda o su modo de propagación:
En función del medio de propagación:
Mecánicas: (medio material): las ondas mecánicas necesitan un medio elástico (sólido, líquido o gaseoso) para propagarse. Las partículas del medio oscilan alrededor de un punto fijo, por lo que no existe transporte neto de materia a través del medio. Como en el caso de una alfombra o un látigo cuyo extremo se sacude, la alfombra no se desplaza, sin embargo una onda se propaga a través de ella. Dentro de las ondas mecánicas tenemos las ondas elásticas, las ondas sonoras y las ondas de gravedad.



Fenómenos Ondulatorios


La antena de la emisora emite las ondas electromagnéticas que tu aparato de radio convierte en ondas sonoras.

Los fenómenos ondulatorios son parte importante del mundo que nos rodea. A través de ondas nos llegan los sonidos, como ondas percibimos la luz; se puede decir que a través de ondas recibimos casi toda la información que poseemos.
A partir del análisis de fenómenos ondulatorios tan sencillos como las olas que se extienden por una charca o las sacudidas que se propagan por una cuerda tensa trataremos de estudiar las características generales de todos los fenómenos ondulatorios.

Reflexión de ondas: Se denomina reflexión de una onda al cambio de dirección que experimenta ésta cuando choca contra una superficie lisa y pulimentada sin cambiar de medio de propagación. Si la reflexión se produce sobre una superficie rugosa, la onda se refleja en todas direcciones y se llama difusión.

Relatividad

La teoría de la relatividad especial, formulada por Albert Einstein en 1905, constituye uno de los avances científicos más importantes de la historia. Alteró nuestra manera de concebir el espacio, la energía, el tiempo y tuvo incluso repercusiones filosóficas, eliminando la posibilidad de un espacio/tiempo absoluto en el universo.

Se complementa con la teoría de la relatividad general, publicada en 1915, algo más compleja y que pretende aunar la dinámica newtoniana con parte de las consecuencias de la primera teoría especial.

Con la teoría de la relatividad especial, la humanidad entendió que lo que hasta ahora había dado por sentado que era una constante, el tiempo, era en realidad una variable. No sólo eso, sino que el espacio también lo era y que ambos dependían, en una nueva conjunción espacio-tiempo, de la velocidad.

Luis Álvarez-Gaumé, director del grupo de física teórica del CERN, nos explica en conversación telefónica:

Lo más importante es entender cómo el tiempo depende, en realidad, del movimiento, de la velocidad. Eso fue lo que lo cambió todo.

Einstein se basó a su vez en dos hipótesis:

Las leyes de la física son las mismas mientras el sistema de referencia sea el mismo e inercial. Esto es, ambos se mueven a una velocidad constante. Si una ley se cumple en un sistema, también se debe cumplir en el otro.

La velocidad de la luz es una constante universal, que se define como c. Que era constante lo habían demostrado algunos años antes otros dos grandes científicos, Michelson y Morley.

¿Qué es la relatividad?

La situación que imaginó Einstein ha sido usada y explicada hasta la saciedad en escuelas y libros de física. Imaginemos un tren y a dos individuos, uno de ellos está montado en el mismo y otro lo ve pasar a toda velocidad desde el borde de la vía. El tren se mueve a 200 kilómetros por hora.

Un momento, ¿se mueve? ¿seguro? Sí y no al mismo tiempo. Para la persona que va sentada dentro el tren no se mueve, está quieto. Sólo se mueve para la persona que está al borde de la vía. Es algo, efectivamente, relativo.

Einstein luego imaginó que alguien tira una pelota a 20 kilómetros por hora hacia delante dentro del tren. Para la persona que está dentro la pelota se mueve a esa velocidad pero para la persona que está abajo esa pelota se mueve , sin embargo, a 220 (200+20) kilómetros por hora.

Ahí es cuando toca recordar que la velocidad de la luz es constante, y es cuando empezamos a entender que algo no encaja del todo con el concepto de que el tiempo también lo sea. Puesto que la velocidad de la luz siempre es la misma, al volver al ejemplo del tren y la persona que está dentro si en lugar de lanzar una pelota enciende una linterna proyectando un haz de luz hacia delante, la persona que está abajo no ve ese haz propagarse a la velocidad de la luz+200 km/h, la ve propagarse a la velcoidad de la luz, sin más, independientemente de lo rápido o lo lento que vaya el tren porque, simplemente, es una constante.

Para entender un poco mejor el concepto veamos el siguiente ejemplo. Muestra dos fotones de luz rebotando infinitamente entre dos espejos y tomándose un tiempo x en ir de uno a otro.

Núcleo

Definición de Núcleo

El núcleo, del latín nucleus, es la médula, lo interior, lo seguro, lo firme de una cosa, o la parte central o más importante de algo. En general, su término puede referirse a diversos ámbitos.

Tenemos que en la física y química, el núcleo es el centro de un átomo llamado núcleo atómico, un denso conglomerado de partículas con carga positiva (protones), y que contiene la mayor parte de la masa atómica.

En la astronomía, el núcleo es la parte más densa y luminosa de un astro o cuerpo celeste. Por ejemplo, el núcleo del Sol está compuesto esencialmente de hidrógeno a altísima presión y una temperatura de unos 15 millones de grados centígrados, donde se transforma en helio por fusión nuclear. La energía radiante pasa del núcleo a la superficie del Sol y de allí se irradia al espacio exterior.

De la misma manera, se tiene en el campo de la geología el núcleo de la Tierra o núcleo terrestre, donde es la capa mas interna o profunda de la Tierra, se extiende desde los 3000 km hasta el centro del planeta, estudios sismográficos indican que éste consta de dos partes: una zona líquida, externa, de 2220 km de espesor y un sólida, interna, de unos 1250 km de espesor. Está compuesto principalmente por hierro y otros elementos como níquel, silicio y azufre.

En el ámbito biológico, es el orgánulo mas primordial de la célula, sobretodo la eucariota, conocido como núcleo celular, suele ocupar el centro de la célula, pero no siempre es así. Varía igualmente en su forma, tamaño y número, por ejemplo, algunos protozoos son plurinucleados.

El núcleo celular está rodeado por una membrana nuclear, que no es más que una prolongación del retículo endoplasmático . El interior del núcleo contiene una sustancia coloidal llamada nucleoplasma, en cuyo seno están inmersos los cromosomas y el nucléolo. El núcleo celular es considerado como la base molecular del almacenamiento, replicación y transcripción del material hereditario (ADN y ARN).

Por último, en la lingüística se considera núcleo como el elemento principal en un sintagma o grupo de palabras. Por ejemplo, el núcleo del sintagma nominal es el nombre o sustantivo,el núcleo del sintagma verbal es el verbo, del sintagma preposicional es la preposición, entre otros.

Capacitancia

DEFINICIÓN:La Capacitancia es la propiedad de un capacitor de oponerse a toda variación de la tensión en el circuito eléctrico. Usted recordará que la resistencia es la oposición al flujo de la corriente eléctrica. También se define, a la Capacitancia como una propiedad de almacenar carga eléctrica entre dos conductores, aislados el uno del otro, cuando existe una diferencia de potencial entre ellos.

De acuerdo a la fórmula C = k A / d, obtenemos el resultado en Faradios; si queremos el Resultado en Micro faradios (símbolo μf) entonces agregamos el factor de conversión 8.85 x 10 -" -y nuestrafórmula quedará así: C = 8.85xlO-8 A/d

Donde: C = Capacitancia en μf(Micro faradios)

A = Área de las placas, cm2

D = Distancia de separación de las placas, en cm.

En la práctica los capacitoressuelen tener más de una placa, y para calcular la Capacitancia semultiplica el resultado de la fórmula por el número de placas menos uno, es decir: N-l; por ejemplo, en un capacitor múltiple que contiene5 placas, N = 5, por lo

MEDIDAS DE CAPACITANCIA

Circuitos eléctricos

"Un Circuito Eléctrico es un conjunto de elementos conectados entre si por los que puede circular una corriente eléctrica".

La corriente eléctrica es un movimiento de electrones, por lo tanto, cualquier circuito debe permitir el paso de los electrones por los elementos que lo componen. Si quieres saber más sobre qué es, como se genera y los fundamentos de la corriente eléctrica, te recomendamos que visites el siguiente enlace: Electricidad Basica. Aquí nos centraremos en los circuitos eléctricos

PARTES DE UN CIRCUITO ELÉCTRICO
Generador: producen y mantienen la corriente eléctrica por el circuito. Son la fuente de energía. Hay 2 tipos de corrientes: corriente continua y alterna (pincha en el enlace subrayado si quieres saber más sobre c.c. y c.a.)

Pilas y Baterías : son generadores de corriente continua (c.c.)

Alternadores : son generadores de corriente alterna (c.a.)

Conductores : es por donde se mueve la corriente eléctrica de un elemento a otro del circuito. Son de cobre o aluminio, materiales buenos conductores de la electricidad, o lo que es lo mismo que ofrecen muy poca resistencia a que pase la corriente por ellos. Hay muchos tipos de cables eléctricos diferentes, en el enlace puedes ver todos.

Receptores : son los elementos que transforman la energía eléctrica que les llega en otro tipo de energía. Por ejemplo las bombillas transforma la energía eléctrica en luminosa o luz, los radiadores en calor, los motores en movimiento, etc.

Elementos de mando o control: permiten dirigir o cortar a voluntad el paso de la corriente eléctrica dentro del circuito. Tenemos interruptores, pulsadores, conmutadores, etc.

Elementos de protección : protegen los circuitos y a las personas cuando hay peligro o la corriente es muy elevada y puede haber riesgo de quemar los elementos del circuito. Tenemos fusibles, magneto térmicos, diferenciales, etc.

Para simplificar el dibujo de los circuitos eléctricos se utilizan esquemas con símbolos. Los símbolos representan los elementos del circuito de forma simplificada y fácil de dibujar.

Veamos los símbolos de los elementos más comunes que se usan en los circuitos eléctricos

TIPOS DE CIRCUITOS ELÉCTRICOS
Dependiendo de como se conecten los receptores tenemos varios tipos de circuitos eléctricos diferente:

Circuitos de 1 Receptor

Son aquellos en los que solo se conecta al circuito un solo receptor: lámpara, motor, timbre, etc. Veamos un ejemplo de un circuito con una lámpara:

 Características Circuitos en Serie

Este tipo de circuitos tiene la característica de que la intensidad que atraviesa todos los receptores es la misma, y es igual a la total del circuito. It= I1 = I2.

La resistencia total del circuito es la suma de todas las resistencias de los receptores conectados en serie. Rt = R1 + R2.

La tensión total es igual a la suma de las tensiones en cada uno de los receptores conectados en serie. Vt = V1 + V2.

Podemos conectar 2, 3 o los receptores que queramos en serie.

Característica de los Circuitos en ParaleloLas tensiones de todos los receptores son iguales a la tensión total del circuito. Vt = V1 = V2.

Las suma de cada intensidad que atraviesa cada receptor es la intensidad total del circuito. It = I1 + I2.

La resistencia total del circuito se calcula aplicando la siguiente fórmula: 1/Rt = 1/R1 + 1/R2; si despejamos la Rt quedaría:

Rt = 1/(1/R1+1/R2)

Todos los receptores conectados en paralelo quedarán trabajando a la misma tensión que tenga el generador.

Si quitamos un receptor del circuito los otros seguirán funcionando.

 Circuito Mixtos

En este tipo de circuitos hay que combinar los receptores en serie y en paralelo para calcularlos. Puedes ver como se calculan en este enlace: Circuitos Mixtos Eléctricos.

En cuanto a las potencias en los circuitos, si te interesa saber como se calculan, te dejamos este enlace:Potencia Eléctrica

Campos magneticos

Los campos magnéticos son producidos por corrientes eléctricas, las cuales pueden ser corrientes macroscópicas en cables, o corrientes microscópicas asociadas con los electrones en órbitas atómicas. El campo magnético B se define en función de la fuerza ejercida sobre las cargas móviles en la ley de la fuerza de Lorentz. La interacción del campo magnético con las cargas, nos conduce a numerosas aplicaciones prácticas. Las fuentes de campos magnéticos son esencialmente de naturaleza dipolar, teniendo un polo norte y un polo sur magnéticos. La unidad SI para el campo magnético es el Tesla, que se puede ver desde la parte magnética de la ley de fuerza de Lorentz, Fmagnética = qvB, que está compuesta de (Newton x segundo)/(Culombio x metro). El Gauss (1 Tesla = 10.000 Gauss) es una unidad de campo magnético mas pequeña.

Ley de la Fuerza de Lorentz

Se pueden definir ambos campos magnéticos y eléctricos a partir de la ley de la fuerza de Lorentz:

La fuerza eléctrica es recta, siendo su dirección la del campo eléctrico si la carga q es positiva, pero la dirección de la parte magnética de la fuerza está dada por la regla de la mano derecha.

Unidades de Campo Magnético

La unidad estándar (SI) para el campo magnético es el Tesla, que se puede ver desde la parte magnética de la ley de fuerza de Lorentz, Fmagnética = qvB, que está compuesta de (Newton x segundo)/(Culombio x metro). El Gauss (1 Tesla = 10.000 Gauss) es una unidad de campo magnético mas pequeña.

Mecánica cuántica

La mecánica cuántica es la parte de la física que estudia el movimiento de las partículas muy pequeñas o micro objetos. Los fundamentos de la mecánica cuántica fueron establecidos en 1924 por Louis de Broglie, quien descubrió la naturaleza corpuscular-ondulatoria de los objetos físicos.

La mecánica cuántica junto con la Teoría de la relatividad componen lo que hoy en día llamamos física moderna.

La mecánica cuántica surgió como una rama diferente a la física en el año 1922 a partir de la teoría cuántica expuesta por el físico alemán Max Planck (1858-1947).

La teoría de Planck afirma que la luz se propaga en paquetes de energía. La energía de cada paquete de energía es inversamente proporcional a la longitud de onda.

El físico Albert Einstein, junto con postular que la velocidad de la luz en el vacío es una constante fundamental de la naturaleza, por lo tanto la luz es constante y no así el espacio tiempo, absorbe la idea de Planck y determina que la luz es partícula que se comporta como onda.

ATOMO

Un Átomo es la unidad de partículas más pequeñas que puede existir como sustanciasimple (elemento químico), y que puede intervenir en una combinación química. Su termino en griego significa “no divisible”, propuesto por Demócrito y Leucipo, quienes suponían que la materia estaba formada por partículas indivisibles e indestructibles. A lo largo de los siglos, el tamaño y la naturaleza del átomo sólo fueron objeto de especulaciones, por lo que su conocimiento avanzó muy lentamente. En los siglos XVI y XVII fue el comienzo y desarrollo de la química experimental, donde el científico inglés John Dalton propuso que la materia está formada por átomos a los cuales asignó una masa característica y que difieren de un elemento, y los representó como esferas macizas e indivisibles.

Mas adelante el físico ingles J.J. Thomson con la ayuda de la utilización de rayos catódicos, propuso un modelo simple de cargas eléctricas negativas (electrones) en el interior de una esfera positiva. Rutherford planteó que en el átomo existe un núcleo con carga positiva y los electrones situados en una corteza girando a su alrededor, como un sistema solar. De igual manera, el físico danés Bohr amplió el modelo de Rutherford, concluyendo que el electrón gira alrededor del núcleo en órbitas circulares y la corteza estaba compuesta de niveles de energía. Posteriormente Sommerfeld propuso que el electrón gira es en órbitas elípticas y no circulares.

Todas estas investigaciones del modelo atómico concluyen que la estructura del átomo está formada por una parte central (núcleo), provista de partículas con carga positiva (protones) y a su vez con cargas neutras (neutrones); y por una parte externa (corteza o corona), provista por partículas con carga negativa (electrones). Del núcleo atómico, se derivan las siguientes propiedades: el número atómico (Z), que es el número de protones en el núcleo del átomo, y la posición que ocupa un elemento en la tabla periódica; la masa atómica o numero de masa (A), que es el número total de protones y neutrones presentes en el núcleo.

Hay núcleos de un mismo elemento que contienen el mismo número de protones pero difieren en el número de neutrones o de masa, conocidos como isótopos. Esta diferencia en el número de neutrones no afecta el comportamiento de los átomos, ya que la carga eléctrica o carácter distintivo, depende exclusivamente del número de protones y electrones. Otra propiedad en los átomos es la radiactividad se conoce como la desintegración espontánea de átomos de masa atómica generalmente elevada, con emisión continua de energía bajo la forma de calor, luz, radiaciones y químicas diferentes. Por ejemplo; el uranio de masa atómica 238 se descompone espontáneamente para convertirse en radio de masa atómica 226, y por sucesivas transformaciones termina su período de desintegración al convertirse en plomo.

IMANES

Significado de Imán
Se conoce como imán al mineral de hierro de color negruzco, opaco, que tiene la propiedad de atraer el hierro, el acero y otros cuerpos en menor medida. La palabra imán es de origen fránces “aimant”.

El imán es un material que posee la capacidad de producir un campo magnético exterior y atraer el hierro, y otros como cobalto, níquel, aluminio, etcétera, pero también de repelar otros cuerpos magnéticos.

En vista de su función, en el interior de la materia existen pequeñas corrientes cerradas en función de los electrones que contienen los átomos, y cada una de ellas forma un pequeño imán. En este sentido, los imanes deben alinearse para actuar como un único imán, y de esta manera poder magnetizar o imanar la sustancia, ya que de lo contrario no produce efectos.

Para más información, consulte el artículo átomo.

En el año 1820, fue el físico y químico danés Oersted que evidenció por primera vez, el proceso identificado anteriormente, es decir, que una corriente eléctrica genera un campo magnético a su alrededor.

En relación a lo anterior, un imán puede perder su propiedad de imantación invirtiendo el sentido de la corriente, o a través de la aplicación de elevadas temperaturas. En este sentido, todo imán está formado por las siguientes partes:
Eje magnético, barra que une los dos polos.
Línea neutral, ubicada en la superficie de la barra que separa las dos zonas polarizadas.
Polos, extremos del imán donde se ubica la mayor fuerza de atracción. Estos polos son: el norte y sur. Polos iguales se repelen y diferentes se atraen.

Los imanes pueden ser utilizados en el sector industrial como barrenderos magnéticos, clasificadores y separadores de metales impuros. Por su parte, en el área de la electrónica los imanes se utilizan en teléfonos, televisores, computadoras, radios, parlantes.

Por otro lado, la separación magnética es un proceso que sirve para separar dos sólidos, en la cual uno de los dos debe de tener propiedades magnéticas o ser ferroso. Como tal, consiste en acercar el imán a la mezcla para crear un campo magnético, y así atraer la materia ferrosa y dejando el material no ferroso.

El magnetismo es la ciencia de la física que se dedica al estudio de los imanes y sus propiedades.

Por extensión, en sentido figurado, el imán es la gracia que atrae la voluntad o atención. Por ejemplo: los aparatos electrodomésticos son un imán para los niños y adultos.

En el sentido religioso, el imán -también conocido imam-, es la persona que dirige la oración colectiva en el islam. La persona se sitúa frente de los demás fieles en las mezquitas como guía religioso, espiritual para realizar la oración musulmana.

En inglés, el término imán es “magnet”.

Imán natural y artificial
El imán natural, se refiere a los minerales naturales que tienen la característica de atraer elementos como el hierro, níquel, entre otros. Por ejemplo: la magnetita, mineral compuesto por óxido ferroso férrico que tiene la particularidad de atraer fragmentos de hierro natural.

Por su parte, el imán artificial es un cuerpo de material ferromagnético que tras friccionarlos con magnetita, posee la propiedad del magnetismo.

Imán temporal y permanente

El imán temporal, conocido como electroimán, conformado por hierro dulce que se caracteriza por poseer una atracción magnética, el cual cese sus propiedades una vez que termina la causa que provoca el magnetismo. Por otro lado, el imán permanente es aquel que es constituido por acero, y conserva su propiedad magnética por un tiempo perdurable.

CORRIENTE ELECTRICA

Es el flujo de carga eléctrica que recorre un material conductor durante un periodo de tiempo determinado. También se puede denominar como la consecuencia del movimiento de los electrones que se encuentran dentro de un material conductor concreto. Se expresa en C/s, culombios por segundo en el Sistema Internacional de Unidades, y la unidad se conoce como Amperio.

En un circuito eléctrico cerrado, la carga de electrones va siempre del polo negativo al polo positivo. Al descubrirse la corriente eléctrica, se creyó que el sentido era el contrario, pero se llegó a ver su verdadero movimiento gracias al efecto Hall.

Para que exista corriente eléctrica, los electrones más alejados del núcleo del átomo de un material, tendrán que desligarse y circular libremente entre los átomos de dicho cuerpo. Este fenómeno también puede ocurrir, con variaciones, en la naturaleza, cuando las nubes cargadas desprenden chorros de electrones que circulan por el aire y causan los rayos.

Tipos de corriente eléctrica

Dependiendo del sentido de la corriente y de la temporalidad, se pueden definir dos tipos de corriente eléctrica:
Corriente Continua. Se define como la corriente donde el flujo de electrones ocurre siempre en el mismo sentido. Desde el año 2008, se está extendiendo el uso de generadores de corriente continua a través de células fotoeléctricas que permiten beneficiarse de la energía solar.
Corriente Alterna. Se define como la corriente donde el sentido de circulación cambia de forma periódica. En sentido coloquial, este tipo de energía es la que llega a las empresas y hogares. Otra particularidad el sistema de corriente alterna es que fue ideado fundamentalmente por Nikola Tesla.

Efectos de la corriente eléctrica

Entre los efectos de la corriente eléctrica, son tres los que se definen de forma habitual:
Efectos caloríficos. Se producen por el aumento de temperatura del conductor debido al paso de la corriente eléctrica. Tiene aplicaciones básicas en estufas, hornillos, etc.
Efectos químicos. Se produce en conductores iónicos, donde la corriente produce cambios químicos, útiles por ejemplo en la electrólisis.
Efectos magnéticos. Toda corriente eléctrica que pasa por un conductor crea un campo magnético similar al producido por los imanes. Sus aplicaciones son infinitas, desde los motores eléctricos, televisiones, radios, voltímetros, amperímetros, etc.
Efectos lumínicos. Sucede cuando pasa la corriente a través de un filamento y se enciende una bombilla. En el caso de tubos fluorescentes o diodos luminosos, se produce una transformación de energía eléctrica en energía luminosa.
Efectos fisiológicos. Este efecto puede afectar a las personas y a los animales, originando electrocución. Un ejemplo de este efecto es el provocado por los aparatos de electromedicina.

FORMULA 

FUERZA ELECTRICA

En 1785, Charles Augustin de Coulomb (1736-1806), físico e ingeniero francés que también enunció las leyes sobre el rozamiento, presentó en la Academia de Ciencias de París, una memoria en la que se recogían sus experimentos realizados sobre cuerpos cargados, y cuyas conclusiones se pueden resumir en los siguientes puntos:

Los cuerpos cargados sufren una fuerza de atracción o repulsión al aproximarse.
El valor de dicha fuerza es proporcional al producto del valor de sus cargas.
La fuerza es de atracción si las cargas son de signo opuesto y de repulsión si son del mismo signo.
La fuerza es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa.

Estas conclusiones constituyen lo que se conoce hoy en día como la ley de Coulomb.

La fuerza eléctrica con la que se atraen o repelen dos cargas puntuales en reposo es directamente proporcional al producto de las mismas, inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa y actúa en la dirección de la recta que las une.


donde:
F es la fuerza eléctrica de atracción o repulsión. En el S.I. se mide en Newtons (N).
Q y q son lo valores de las dos cargas puntuales. En el S.I. se miden en Culombios (C).
r es el valor de la distancia que las separa. En el S.I. se mide en metros (m).
K es una constante de proporcionalidad llamada constante de la ley de Coulomb. No se trata de una constante universal y depende del medio en el que se encuentren las cargas. En concreto para el vacío k es aproximadamente 9·109 N·m2/C2 utilizando unidades en el S.I.

Estas conclusiones constituyen lo que se conoce hoy en día como la ley de Coulomb.La fuerza eléctrica con la que se atraen o repelen dos cargas puntuales en reposo es directamente proporcional al producto de las mismas, inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa y actúa en la dirección de la recta que las une.

F=K⋅Q⋅qr2

donde:
F es la fuerza eléctrica de atracción o repulsión. En el S.I. se mide en Newtons (N).
Q y q son lo valores de las dos cargas puntuales. En el S.I. se miden en Culombios (C).
r es el valor de la distancia que las separa. En el S.I. se mide en metros (m).
K es una constante de proporcionalidad llamada constante de la ley de Coulomb. No se trata de una constante universal y depende del medio en el que se encuentren las cargas. En concreto para el vacío k es aproximadamente 9·109 N·m2/C2 utilizando unidades en el S.I.

Si te fijas bien, te darás cuenta que si incluyes el signo en los valores de las cargas, el valor de la fuerza eléctrica en esta expresión puede venir acompañada de un signo. Este signo será:
positivo. cuando la fuerza sea de repulsión (las cargas se repelen). ( + · + = + o - · - = + )
negativo. cuando la fuerza sea de atracción (las cargas se atraen). ( + · - = - o - · + = - )

Por tanto, si te indican que dos cargas se atraen con una fuerza de 5 N, no olvides que en realidad la fuerza es -5 N, porque las cargas se atraen.

Expresión vectorial de la fuerza eléctrica

La fuerza eléctrica descrita en la ley de Coulomb no deja de ser una fuerza y como tal, se trata de una magnitud vectorial que en el Sistema Internacional de Unidades se mide en Newtons (N). Su expresión en forma vectorial es la siguiente:

F→=K⋅Q⋅qr2⋅u→r

donde el nuevo valor u→r es un vector unitario en la dirección que une ambas cargas. Observa que si llamamos r→ al vector que va desde la carga que ejerce la fuerza hacia la que la sufre, u→r es un vector que nos indica la dirección de r→

FORMULA 

EJERCICIO 

¿Cuál es la distancia a la que debemos colocar dos cargas puntuales en el agua, q1 = 4 µC y q2 = -4 µC, para que se atraigan con una fuerza de 4.8 N?
(Datos: permitividad relativa del agua: εr = 80.1 - permitividad del vacio: ε0=8.9·10-12 C2/N·m2)

Solución

Datos

q1 = 4 µC = 4 · 10-6 C
q2 = -4 µC = -4 · 10-6 C
F = - 4.8 N (OjO! como la fuerza es atractiva, la fuerza debe ir acompañada del signo -)
εr = 80.1

Resolución

Para calcular la distancia a la que deben encontrarse ambas cargas para que experimenten una fuerza de 4.8 N, basta con emplear la expresión del módulo de la ley de Coulomb:

F=K⋅q1⋅q2r2

Despejando la distancia, obtenemos que:

r=K⋅q1⋅q2F−−−−−−−−√

Conocemos la fuerza eléctrica y el valor de las cargas, sin embargo ¿cuanto vale K?. Para calcularla haremos uso de la expresión de la constante de la ley de Coulomb:

K=14⋅π⋅ε

Si las cargas se situan en el vacío, la permitividad ε es exactamente la permitividad del vacío, cuyo valor es ε0=8.9·10-12 C2/N·m2, sin embargo nuestras cargas se encontrarán en el agua, que tiene una permitividad relativa εr= 80.1 C2/N·m2. Sabiendo que:

εr = εε0

Entonces:

K=14⋅π⋅ε ; εr = εε0 ⇒K=14⋅π⋅εr⋅ε0

Sustituyendo los valores que conocemos, obtenemos que la constante K vale:

K=14⋅π⋅εr⋅ε0⇒K=14⋅π⋅80.1⋅8.9⋅10−12⇒K=1.11⋅108 N⋅m2/C2


Ahora ya estamos en disposición de calcular la distancia de las cargas:


r=1.11⋅108⋅4⋅10−6⋅−4⋅10−6−4.8−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−√ ⇒r=0.02 m


Importante: Recuerda que si la fuerza es atractiva, su valor debe ir acompañado de un signo - y si la fuerza es repulsiva acompañado de un signo +.

ELECTROMAGNETISMO

Electromagnetismo es una rama de la Física que estudia y unifica los fenómenos eléctricos y magnéticos en una sola teoría, sus fundamentos fueron dados a conocer por primera vez por Michael Faraday y formulados por primera vez de forma completa por James Clerk Maxwell. La formulación consiste en cuatro ecuaciones diferenciales vectoriales que relacionan el campo eléctrico, el campo magnético y sus respectivas fuentes materiales (corriente eléctrica, polarización eléctrica y polarización magnética), conocidas como ecuaciones de Maxwell.





Dentro de esta rama se hallan, por el hecho de basarse en las leyes del electromagnetismo, la electrodinámica y la inducción electromagnética, que tratan, respectivamente, de las acciones ponderomotríces entre las corrientes eléctricas y de las fuerzas electromotrices inducidas en un circuito por la variación del flujo electromagnético. Las leyes del electromagnetismo son la base del funcionamiento de los electroimanes de los motores eléctricos, las dinamos y los alternadores.

La conexión entre la electricidad y el magnetismo ya se sospechaba desde hace mucho tiempo, y en el año 1820 el físico Danés Hans Christian Orsted demostró que un flujo de corriente eléctrica a través de un hilo produce un campo electromagnetico. Andre-Marie Ampere, en Francia, repitió inmediatamente los experimentos de Orsted y en poco tiempo fue capaz de expresar la relación entre corriente y conductor con una fórmula matemática simple y elegante. Además demostró que un flujo de corriente eléctrica en disposición circular produce un dipolo magnético.

Si quieres saber más sobre los primeros estudios sobre magnetismo y electricidad, te recomendamos que le eches un vistazo al siguiente documental:

FUERZA

Definición de Fuerza

Denominamos fuerza a toda acción capaz de producir cambios en el movimiento o en la estructura de un cuerpo.

Si empujamos una bola con el dedo le estaremos aplicando una fuerza. Tras aplicarla caben varias posibilidades, una de ellas es que empiece a moverse o que por ejemplo, se deforme. Dependiendo de donde la apliquemos, en que dirección, sentido o cantidad, la bola se moverá o deformará hacia un lado o a otro. Por tanto, es lógico pensar que las fuerzas tienen un caracter vectorial, de hecho son magnitudes vectoriales.

Como vector que és, las fuerzas se representan como una flecha, que se caracterizan por su longitud (módulo), donde se aplica (punto de aplicación), su dirección y sentido.

Unidad de Fuerza

Adicionalmente al Newton (N) suelen utilizarse otras unidades para medir las fuerzas. Entre ellas podemos encontrar:
dina (d). 1 d = 10-5 N
kilopondio (kp). 1 kp = 9.8 N

libra (lb, lbf). 1 lb = 4.448222 N

FORMULA

EJEMPLO 

¿Cuál es el valor de las componentes cartesianas de una fuerza de 40 N que forma un ángulo de 45º con la horizontal?


SOLUCION:

Datos
F = 40 N
α=45º

Resolución

En este ejercicio lo que nos piden es calcular dos fuerzas, una horizontal (Fx) y otra vertical (Fy), cuyo efecto al aplicarlas sea el mismo que el de aplicar F. Utilizando la fórmula que estudiamos en el apartado de descomposición de fuerzas, tenemos que:


Fx=F⋅cos αFy=F⋅sin α ⇒Fx=40⋅cos 45ºFy=40⋅sin 45º ⇒Fx=28.28 NFy=28.28 N

Temas de Física

¡¡ HOLA, HOLA TE DOY LA BIENVENIDA A ESTE ESPACIO !!

Por el momento, solo tiene como propósito proporcionarte las herramientas necesarias  para desarrollar algunos temas de FÍSICA del CBTIS #74 (Guadalupe, Nuevo León, México).     

De antemano te ofrezco disculpas por los errores y mucho te agradeceré tus sugerencias para poder mejorar... siempre estaremos  en construcción