Semana 1A - CAF2 - 2019A

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CALCULO APLICADO A LA 
FÍSICA 2 
 
Electrostática 
Prof. Juan Carlos Grande Ccalla 
 
Semana 1A 
Prof. Juan Carlos Grande Ccalla 
LOGRO DE APRENDIZAJE 
• Al finalizar la unidad el estudiante emplea las ecuaciones de 
Coulomb para calcular fuerzas eléctricas y campo eléctrico. 
 
Prof. Juan Carlos Grande Ccalla 
Temas: 
• Carga eléctrica y sus propiedades. 
• Conductores, aisladores y semiconductores. 
• Fuerza eléctrica. 
• Ley de coulomb, superposición de fuerzas. 
• Aplicaciones de la ley de Coulomb 
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1. Carga eléctrica 
Dos cargas positivas se repelen entre sí, al igual que dos cargas 
negativas. Una carga positiva y una negativa se atraen. 
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Carga eléctrica y la estructura de la materia 
La estructura de los átomos se 
describe en términos de tres 
partículas: el electrón, con carga 
negativa; el protón, cuya carga es 
positiva; y el neutrón, sin carga 
(figura). 
 El protón y el neutrón son 
combinaciones de otras entidades 
llamadas quarks, que tienen 
cargas de ±
1
3
 y ±
2
3
 de la carga del 
electrón. No se han observado 
quarks aislados. 
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Las masas de las partículas individuales, con la precisión que se conocen actualmente, son: 
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La carga eléctrica se conserva 
El primero es el principio de conservación de la carga: 
 
 
 
El segundo principio importante es: 
La magnitud de la carga del electrón o del protón 
es la unidad natural de carga. 
La suma algebraica de todas las cargas eléctricas 
en cualquier sistema cerrado es constante. 
Toda cantidad 
observable de carga 
eléctrica siempre es 
un múltiplo entero de 
esta unidad 
básica. Decimos que la 
carga está cuantizada. 
𝑄 = ±𝑁𝑒 
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Problema 1 
• Una varilla de plástico se frota contra una camisa de lana, 
adquiriendo así una carga de −0,80 𝜇𝐶 ¿Cuántos 
electrones se transfieren de la camisa de lana a la varilla 
de plástico? 
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2. Conductores, aislantes y cargas inducidas 
• Los conductores permiten el 
movimiento fácil de las cargas 
a través de ellos; mientras que 
los aislantes no lo hacen. 
 
• Algunos materiales se 
denominan semiconductores 
porque tienen propiedades 
intermedias entre las de 
buenos conductores y buenos 
aislantes. 
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Carga por inducción 
El sistema alcanza el equilibrio donde la fuerza hacia la derecha sobre un electrón, debida a 
la varilla cargada, queda equilibrada por la fuerza hacia la izquierda debida a la carga 
inducida. 
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Fuerzas eléctricas en objetos sin carga 
Polarización. Las cargas positivas y negativas en el material se hallan presentes en 
cantidades iguales; no obstante, las cargas positivas están más cerca del peine de 
plástico, por lo que reciben una fuerza de atracción mayor que la fuerza de repulsión 
que se ejerce sobre las cargas negativas, dando así una fuerza de atracción neta. 
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Aplicación. Proceso de pintado electrostático 
La atracción entre un objeto cargado y uno descargado tiene muchas 
aplicaciones prácticas importantes como, por ejemplo, el proceso de 
pintura electrostática que se utiliza en la industria automotriz. 
https://www.youtube.com/watch?v=SB7j_m8TNXA 
Prof. Juan Carlos Grande Ccalla 
https://www.youtube.com/watch?v=SB7j_m8TNXA
https://www.youtube.com/watch?v=SB7j_m8TNXA
3. Ley de Coulomb 
La magnitud de la fuerza eléctrica entre dos cargas puntuales es 
directamente proporcional al producto de las cargas, e inversamente 
proporcional al cuadrado de la distancia que las separa. 
Prof. Juan Carlos Grande Ccalla 
Constantes eléctricas fundamentales 
El valor de la constante de proporcionalidad k en la ley de Coulomb depende del sistema de 
unidades que se emplee. En nuestro estudio de la electricidad y el magnetismo, tan sólo 
usaremos unidades del SI, las cuales incluyen la mayoría de las unidades con que estamos 
familiarizados, como el volt, ampere, ohm y watt. 
La unidad más fundamental de carga es la magnitud de la carga de un electrón o un protón, 
que se denota con e. 
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Superposición de fuerzas 
Los experimentos demuestran que cuando dos cargas ejercen fuerzas de 
manera simultánea sobre una tercera carga, la fuerza total que actúa sobre 
esa carga es la suma vectorial de las fuerzas que las dos cargas ejercerían 
individualmente. Esta propiedad importante, llamada principio de 
superposición de fuerzas. 
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Problema 2 
• Dos cargas puntuales, 𝑞1 = +25 𝑛𝐶 y 𝑞2 = −75 𝑛𝐶 están 
separadas por una distancia de 3,0 cm (figura). Calcule la 
magnitud y la dirección de a) la fuerza eléctrica que q1 
ejerce sobre q2; y b) la fuerza eléctrica que q2 ejerce 
sobre q1. 
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Problema 3 
• Dos cargas puntuales se localizan en el eje +x de un 
sistema de coordenadas. La carga 𝑞1 = 1,0 𝑛𝐶 está a 2,0 
cm del origen, y la carga 𝑞2 = −3.0 𝑛𝐶 está a 4,0 cm del 
origen. ¿Cuál es la fuerza total que ejercen estas dos 
cargas sobre una carga 𝑞3 = 5,0 𝑛𝐶 que se encuentra en 
el origen? Las fuerzas gravitatorias son despreciables. 
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Problema 4 
• Dos cargas puntuales iguales y positivas, 𝑞1 = 𝑞2 =
 2,0 𝜇𝐶 se localizan en x = 0, y = 0,30 m y x = 0, y = -0,30 
m, respectivamente. ¿Cuáles son la magnitud y la 
dirección de la fuerza eléctrica total (neta) que ejercen 
estas cargas sobre una tercera carga, también puntual, 
𝑄 = 4,0 𝜇𝐶 en x = 0,40 m, y = 0? 
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La Clase siguiente 
• El campo eléctrico y las fuerzas eléctricas 
 
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BIBLIOGRAFÍA 
• Serway, R. y Jewett, J.W. (2015) Física para ciencias e ingeniería. 
Volumen II. México. Ed. Thomson. 
• Sears F., Zemansky M.W., Young H. D., Freedman R.A. (2013) Física 
Universitaria Volumen II Undécima Edición. México. Pearson Educación. 
 
 
Prof. Juan Carlos Grande Ccalla 
Gracias 
Prof. Juan Carlos Grande Ccalla