8.1 Fuerzas eléctricas
Actividad
El principio de superposición
Si una carga está sometida a la acción de varias fuerzas independientes, producidas por cargas diferentes, la fuerza resultante que actúa sobre ella se obtiene sumando vectorialmente dichas fuerzas.
Lo más sencillo, si es necesario, es obtener las componentes de todas las fuerzas en los ejes X e Y, calcular las componentes totales y obtener finalmente la fuerza resultante a partir de esas componentes.
Ejemplo o ejercicio resuelto
¿Dónde no hay fuerza eléctrica?
Dos cargas de -3 y 6 microculombios (10-6 culombios) se encuentran fijas a un metro una de otra en un plano horizontal.
a) Determina el punto en el que debes colocar una carga de 1 C para que permanezca en reposo.
b) ¿Cambiaría el resultado si la carga fuera de -1 C?
Ejemplo o ejercicio resuelto
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Cargas en triángulo
Tres cargas de 6 10-6 C están colocadas en los vértices de un triángulo equilátero. Dos de ellas están fijas y la tercera libre. Si su masa es de 10 g, calcula la aceleración con la que se mueve la carga libre.
Fuerzas a escala atómica
Cuando los electrones se mueven en los átomos alrededor del núcleo, la situación se puede asimilar a una carga negativa que gira alrededor de una positiva. Por tanto, se manifiestan interacciones gravitatorias (debido a la masa del núcleo y de los electrones) y eléctricas (debido a su carga, negativa en un caso y positiva en el otro).
¿Cómo son los valores de esas fuerzas entre sí? ¿Son del mismo orden, y hay que tener en cuenta las dos, o una es mucho menor que la otra, y se puede despreciar?
Para saberlo, vamos a estudiar el caso más sencillo: el átomo de hidrógeno, con un protón en el núcleo y un electrón que gira alrededor de él a una distancia de 5,29 10-11 m (0,529 Å) según el modelo de Bohr.
Fuerza eléctrica
Como las cargas de protón y electrón son del mismo valor (1,6 10-19 C) pero de signo contrario, la fuerza entre las dos partículas es atractiva, y tiene un valor de:
Fuerza gravitatoria
En este caso, la fuerza siempre es atractiva. Teniendo en cuenta los valores de las masas del protón y del electrón, tiene un valor de:
Comparación de las dos fuerzas
Comparando los dos resultados, puedes observar que la fuerza eléctrica es nada menos que 2,27 1039 veces mayor que la gravitatoria, que es absolutamente despreciable en comparación con ella.