En física, una fuerza es un efecto que puede alterar el movimiento de un objeto. Una fuerza puede hacer que un objeto con masa se acelere cambiando su velocidad (p. ej., moviéndose desde un estado de reposo). Intuitivamente, la fuerza se puede describir como un empujón o un tirón. Una fuerza es una cantidad vectorial ya que tiene tanto magnitud como dirección. La unidad SI de newton se usa para medirlo (N). La letra F se usa para indicar fuerza.
Fuerza de Coulomb
La fuerza de atracción o repulsión entre dos cargas eléctricas que actúan a lo largo de una línea recta es proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa.
F ∝ q 1 q 2
o, F ∝ 1/r 2
F = k × q 1 × q 2 /r 2
Dónde,
q 1 yq 2 son dos cargas
F es la fuerza de atracción/repulsión entre ellos
r es la distancia entre las cargas
k es constante de proporcionalidad y es igual a 1/4 π ε 0 = 9 × 10 9 Nm 2 / C 2
ε 0 es épsilon cero
Fuerza gravitacional
La fuerza gravitacional es una fuerza que atrae a todos los objetos que tienen masa. La fuerza gravitatoria se denomina atracción porque siempre se esfuerza por unir las masas en lugar de separarlas. La Ley de Gravitación Universal de Newton es el nombre para esto. Los objetos que están muy separados no se tiran entre sí de forma notable. Sin embargo, la fuerza existe y se puede calcular.
Ecuación de Gravitación Universal
F = G × M × m/r 2
En la ecuación:
F es la fuerza de la gravedad (medida en Newtons, N)
G es la constante gravitatoria del universo
M es la masa de un objeto (medida en kilogramos, kg)
m es la masa del otro objeto (medida en kilogramos, kg)
r es la distancia que separan esos objetos (medida en metros, m)
Diferencia entre la fuerza de Coulomb y la fuerza gravitatoria
La distinción principal entre las fuerzas gravitatorias y electrostáticas es que la fuerza gravitacional es la fuerza que hace que la tierra atraiga otras cosas debido a su masa. Es un partido político conservador. La fuerza de Coulomb es la fuerza ejercida por un objeto como resultado de su carga. Es una fuerza conservativa también.
| No Señor. |
Fuerza gravitacional |
Fuerza de Coulomb |
| 1. | Es la fuerza que ejerce un objeto como resultado de su masa. | Es la fuerza que ejerce un objeto como resultado de su carga. |
| 2. | Es una fuerza muy fuerte en comparación con la fuerza eléctrica. | Es una fuerza muy débil en comparación con la fuerza eléctrica. |
| 3. | Solo es atractivo. | Es tan atractivo como repulsivo. |
| 4. | No depende del medio. | Depende del medio. |
| 5. | Su constante es «G». | Su constante es «K». |
| 6. | Tiene su origen en la masa. | Tiene su origen en el cargo. |
| 7. |
Su fórmula es: F = G × M × m/r 2 |
Su fórmula es: F = k × q 1 × q 2 /r 2 |
Problemas de muestra
Problema 1: ¿Cuál es la cantidad de fuerza ejercida por una carga de 25 μC a 8,5 cm de una carga de 10 μC?
Solución:
Aplicando la ley de Coulomb, podemos encontrar la magnitud de la fuerza eléctrica:
F = k × q 1 × q 2 / r 2
= (9×10 9 )× (25×10 −6 C)×(10×10 −6 C)/(8.5×10 −2 m) 2
= 311,5N
Las dos cargas puntuales tienen signos opuestos, por lo que la fuerza electrostática entre ellos es atractiva.
Problema 2: A una distancia de d=5cm, dos cargas iguales e iguales producen una fuerza de F=9×10 3 N entre sí. ¿Cómo se determina la cantidad de cada cargo?
Solución:
La ley de Coulomb determina la magnitud de la fuerza entre dos cargas puntuales en reposo q y q’ separadas por una distancia d.
F = k ×q×q’/d 2
9×10 3 = (8.99×10 9 )×q 2 /(0.05) 2
q 2 = 25 × 10 -16
q = 5× 10 -8C
Problema 3: Calcula la atracción gravitacional entre una entidad sin masa y la Luna. (La masa de la luna es de 7,4 x 10 22 kg y su radio es de 1,74 x 10 6 m).
Solución:
Dado,
La masa del cuerpo m=1 Kg
La masa de la luna M=7.4 x 10 22 kg
Radio de la luna R=1.74 x 10 6 m
F = G x M x m/r 2
= (6,67×10 -11 x1 x 7,4×10 22 )/ (1,74 x 10 6 ) 2
=1,63N
Problema 4: Calcula la atracción gravitacional entre dos protones separados por un angstrom. (masa protónica = 1,6 x 10 -27 kg)
Solución:
Dado,
La masa de protones M p =1.6×10 -27 kg
Distancia r= 1 Å = 10 -10 m
Lo sabemos,
F = G x M xm/r 202
= 6,67×10 -11 x (1,6×10 -27 ) 2 / (10 -10 ) 2
= 17 x 10 -45 N
Problema 5: Una carga puntual q=4μC está a 3cm de una carga q’=1μC. Calcular la magnitud de la fuerza de Coulomb ejercida por una partícula sobre la otra.
Solución:
Dado,
q = 4 μC
q’ = 1μC
re = 3 cm = 3×10 -2 m
La ley de Coulomb determina el tamaño de la fuerza eléctrica entre dos cargas puntuales estacionarias,
F = kxqxq’/r 2
= (8,99×10 9 )×(4×10 −6 )(1×10 -6 )/(0,03) 2
= 40N
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Artículo escrito por bunny031200 y traducido por Barcelona Geeks. The original can be accessed here. Licence: CCBY-SA