Guía n3 Física IV Medio

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COLEGIO SAN JOSÉ PUERTO MONTT 
UNIDAD TÉCNICO PEDAGÓGICA 
 
 
 
GUÍA DE CONTENIDOS Y EJERCICIOS Nº3 
“Ley de Coulomb, Principio de superposición de cargas” 
ASIGNATURA: Física 
DOCENTE: Pamela Cabrera Erices 
NIVEL: VI° Medio 
 
UNIDAD TEMA 
Fuerza eléctrica y cargas eléctricas Principio de superposición de cargas 
 
ESTRATEGIA DE APRENDIZAJE: 
Comprender el origen de la Ley de Coulomb, aplicando en la resolución de problemas en 
los que se visualiza el Principio de superposición de cargas; demostrando valoración e 
interés por los aportes de hombre y mujeres al conocimiento científico. 
 
INSTRUCCIONES: 
A continuación se presenta información referente La ley de Coulomb aplicada al Principio 
de superposición de cargas. 
Iniciaremos con la corrección de los ejercicios propuestos en la Guía N° 2. 
Se proponen diversas actividades que debes completar según lo solicitado en cada caso. 
No es requisito imprimir el material, puedes desarrollar las actividades en tu cuaderno, 
especificando el número de actividad. 
Requerirás de los siguientes materiales: 
 Tu cuaderno de asignatura 
 Una calculadora 
 Lápiz grafito y goma. 
 
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Correccio n ejercicios propuestos Guí a N° 2 
Resuelve los siguientes ejercicios aplicando la Ley de Coulomb. En cada caso dibuja el diagrama que represente 
la información y realiza las transformaciones de medida requeridas en cada caso. 
 
 
1. Determinar el módulo fuerza eléctrica 
que ejerce la carga 𝑄1 = 15𝜇𝐶 sobre 
𝑄2 = 25𝜇𝐶, si éstas se encuentran a 
85 𝑐𝑚 de distancia. 
 
 
 
 
 
 
2. Dos cargas puntuales de 5𝜇𝐶 y −4 𝜇𝐶 se 
encuentran separadas a una distancia de 
15 𝑐𝑚. Calcula el módulo de la fuerza que 
actúa sobre la primera carga y luego indica si 
es atractiva o repulsiva. 
 
 
 
 
 
3. ¿Cuál es la distancia que separa a dos cargas 
puntuales si la fuerza atractiva de 𝑄1 = 2𝜇𝐶 sobre 
𝑄2 = 4𝜇𝐶 es 3 ∙ 10
6N? 
 
 
 
 
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Antes de iniciar 
Recordemos la ley de Coulomb, la que señala que: La magnitud de la fuerza de atracción o de repulsión entre 
dos cargas puntuales es directamente proporcional al producto de sus cargas e inversamente proporcional 
al cuadrado de la distancia entre ellas. 
Matemáticamente, la ley de Coulomb se expresa como: �⃗� = 𝐾 ∙
|𝑄1∙𝑄2|
𝑟2
 �⃗⃗⃗�𝑟 
donde, 
𝐾 : Constante de proporcionalidad de valor 8,99 ∙ 109 [
𝑁 𝑚2
𝐶2
] (la aproximaremos a 9). 
𝑄1, 𝑄2 : Cargas puntuales 
𝑟 : Distancia de separación entre las cargas 
�⃗⃗⃗�𝑟 : Vector unitario en la dirección de la recta que une las cargas y en el sentido que actúa la fuerza. 
 
Principio de superposicio n de cargas 
La fuerza eléctrica es una magnitud vectorial al igual que cualquier fuerza, 
El principio de superposición aplicado a una distribución de cargas en reposo establece que la fuerza eléctrica 
resultante sobre una de las cargas es igual a la suma vectorial de las fuerzas ejercidas por las demás cargas 
individuales presentes sobre ella. 
Esto se aplica de la siguiente forma: 
Tres cargas están distribuidas como se muestra en la figura. La carga 𝑄1 tiene un valor de −10𝜇𝐶, la carga 𝑄2 
es de +5𝜇𝐶 y la carga 𝑄3 es de −6𝜇𝐶. Calcular la fuerza electrostática resultante sobre la carga 𝑄3 debido a 
las otras dos cargas. 
 
La fuerza resultante sobre la carga 𝑄3 es la suma vectorial de �⃗�31 aplicada sobre 𝑄3por la carga 𝑄1 y la fuerza 
�⃗�32 aplicada sobre 𝑄3 por la carga 𝑄2. 
La magnitud de estas dos fuerzas se calculan mediante la ley de Coulomb como: 
�⃗�31 = 𝐾 ∙
|𝑄1∙𝑄2|
𝑟2
 entonces �⃗�31 = 9 ∙ 10
9 [
𝑁 𝑚2
𝐶2
] ∙
(6∙10−6 𝐶 ) ∙(10∙10−6 𝐶)
(0,5 𝑚 )2
 por lo que �⃗⃗⃗�𝟑𝟏 = 𝟐, 𝟐 𝑵 
 
�⃗�32 = 𝐾 ∙
|𝑄1∙𝑄2|
𝑟2
 entonces �⃗�32 = 9 ∙ 10
9 [
𝑁 𝑚2
𝐶2
] ∙
(6∙10−6 𝐶 ) ∙(5∙10−6 𝐶)
(0,2 𝑚 )2
 por lo que �⃗⃗⃗�𝟑𝟐 = 𝟔, 𝟖 𝑵 
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Este es solo el valor de las fuerzas. La dirección se obtiene considerando que la fuerza �⃗�31 es repulsiva. Por 
lo tanto, está dirigida hacia la derecha (+) y, la fuerza �⃗�32 es atractiva por lo que está dirigida hacia la 
izquierda (-). 
La fuerza restante sobre 𝑄3 es entonces: 
�⃗�𝑟 = �⃗�31 + �⃗�32 �⃗�𝑟 = 2,2 𝑁 − 6,8 𝑁 = −4,6 𝑁 
 
La fuerza resultante tiene una magnitud de 4,6 𝑁 y está dirigida hacia la izquierda. 
Actividad 
Desarrolla los siguientes ejercicios. Construye el diagrama de cargas en cada caso, te permitirá visualizar de 
mejor forma la información presente en cada caso. 
1. Sobre el eje x se ponen tres cargas puntuales: una carga de 6µ𝐶 en 𝑥 = 0, otra de 5µ𝐶 en 𝑥 = 2 𝑚 y 
otra de −8µ 𝐶 en x= 2,5 m. Determinar la fuerza electrostática resultante en la carga ubicada en 𝑥 =
 2,5 𝑚. 
 
2. Las cargas puntuales de la figura tienen una magnitud de 3µC. Encuentre 
la magnitud y dirección de la fuerza resultante sobre 𝑄2 debida a las otras 
cargas. 
Para las distancias utilice los siguientes valores 𝑎 = 0,3 𝑚 y 𝑏 = 0,4 𝑚. 
 
 
3. Tres cargas de igual magnitud están situadas sobre un eje horizontal como muestra la figura. Determinar 
la fuerza electrostática resultante sobre la carga central (𝑄 = −6 µ𝐶) 
 
 
 
 
4. La fuerza de atracción sobre una carga de 8µC, debido a otra de -5µC es 9 N. Determine la distancia que 
separa a ambas cargas. 
 
 
5. Cuatro cargas de magnitudes q1= 5µC, q2= 8µC, q3= -6µC y q4= -12µC, están ubicadas a lo largo de una 
línea horizontal como muestra la figura. Determinar la fuerza electrostática resultante sobre la carga q2, 
debido a la interacción con las otras tres cargas. 
 
 
 
 
 
 
 
6. Sobre el eje x se ponen dos cargas puntuales: una carga de + 6µC en x = 0 y otra +5µC en x = 200 cm. ¿En 
cuáles puntos en la proximidad de las dos cargas, es cero la fuerza electrostática neta sobre una carga 
+8µC? 
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Pauta corrección 
Desarrollo ejercicio 1 
 
 
 
 
 
 
2. �⃗� = 393,75 ∙ 10−3 𝑁 
3. �⃗� = 2938,78 ∙ 10−3 𝑁 
4. 𝑟 = 0,006𝑚