Física CONCEPTUAL
tesca e n t r e las cargas, e n c o m p a r a c i ó n c o n la peq u e ñ a fuerza gravitacional e n t r e las m a s a s y c o n el
p e q u e ñ o valor de la c o n s t a n t e de la gravitación, G.
25. El p l a n e t a Tierra t i e n e carga negativa. Si fuera positivo, el c a m p o a p u n t a r í a h a c i a afuera.
27. Es p r o b a b l e q u e cayera e n el árbol, p o r q u e p r o p o r c i o n a u n a trayectoria d e m e n o r resistencia e n t r e la
n u b e de arriba y el piso abajo. El árbol y el t e r r e n o
c e r c a n o se elevan a u n gran potencial e n relación
c o n el t e r r e n o m á s alejado. Si te p a r a s c o n las piern a s a p a r t a d a s , u n a e n u n a p a r t e de m a y o r potencial
q u e la otra, o si te a c u e s t a s c o n u n a diferencia de
potencial apreciable e n t r e tu c a b e z a y t u s pies, form a r á s u n a trayectoria c o n d u c t o r a . ¡No lo hagasí
29. Tanto p a r a la electricidad c o m o p a r a el calor, la c o n d u c c i ó n es a través de electrones, q u e e n u n m e t a l
están e n l a z a d o s d é b i l m e n t e , fluyen c o n facilidad y
s o n fáciles de p o n e r e n m o v i m i e n t o . (Sin e m b a r g o ,
en la c o n d u c c i ó n del calor i n t e r v i e n e n m u c h o m e n o s e l e c t r o n e s q u e e n la c o n d u c c i ó n eléctrica.)
31. Un ion polariza a u n á t o m o n e u t r a l c e r c a n o , d e m o do q u e la p a r t e del á t o m o q u e está m á s c e r c a n a al
ion a d q u i e r e u n a carga o p u e s t a a la de éste, y la q u e
está m á s alejada, a d q u i e r e u n a carga del m i s m o sign o q u e la del ion. El lado del á t o m o m á s c e r c a n o al
ion es atraído al ion c o n m á s fuerza q u e la de repulsión p a r a la p a r t e alejada, y hay u n a atracción neta.
(De a c u e r d o c o n la tercera ley de Newton, a su vez
el ion es atraído h a c i a el átomo.)
3 3 . Las fuerzas s o b r e el electrón y el p r o t ó n t e n d r á n
igual m a g n i t u d , p e r o dirección o p u e s t a . Debido a la
m a s a m a y o r del p r o t ó n , su aceleración s e r á m e n o r
q u e la del electrón, y t e n d r á la dirección del c a m p o
eléctrico. ¿Cuánto m e n o r ? C o m o la m a s a del p r o t ó n
es casi 2 0 0 0 veces m a y o r q u e la del electrón, su
aceleración s e r á a p r o x i m a d a m e n t e 1/2000 q u e la
del electrón. La m a y o r a c e l e r a c i ó n del e l e c t r ó n t e n drá dirección c o n t r a r i a a la del c a m p o eléctrico.
El electrón y el p r o t ó n a c e l e r a n e n d i r e c c i o n e s
contrarias.
4 1 . C o m o las cargas de igual signo se r e p e l e n e n t r e sí,
c u a n d o cae u n rayo s o b r e u n conductor, c o m o lo es
u n automóvil, las cargas se r e p a r t e n s o b r e la superficie c o n d u c t o r a e x t e r n a y el c a m p o eléctrico del
interior se a n u l a y es cero. H a b l a n d o c o n p r o p i e d a d ,
sólo es la carga estática la q u e sólo o c u p a la superficie e x t e r n a d e u n c o n d u c t o r y p r o d u c e c a m p o cero
e n el interior (ve la r e s p u e s t a del siguiente ejercicio),
p e r o las c o r r i e n t e s q u e n o s o n m u y g r a n d e s o b e d e c e n la regla e n forma a p r o x i m a d a .
4 3 . A u m e n t a el á r e a de las p l a c a s y a u m e n t a r á s el almac e n a m i e n t o de energía. También p u e d e s a u m e n t a r
ese a l m a c e n a m i e n t o a c e r c a n d o m á s las placas e n t r e
sí, pero sin q u e se t o q u e n . O bien, p u e d e s insertar u n
material n o conductor, l l a m a d o dieléctrico, entre ellas.
4 5 . Debes estar de a c u e r d o c o n tu a m i g o . Los cabellos
funcionan c o m o las hojas d e u n electroscopio. Si tus
brazos fueran tan ligeros, t a m b i é n se levantarían.
Soluciones a los problemas del capítulo 22
1. De a c u e r d o c o n la ley del inverso del c u a d r a d o , dos
veces m á s lejos equivale a 1/4 de la fuerza; 5 N.
La solución sólo implica la distancia relativa, p o r lo
q u e la m a g n i t u d de las cargas es irrelevante.
3.
Según la ley de C o u l o m b , F =
5
k ^
d
y
(1.0 x 10-6)2
9
= (9 x 10 )
1
2
= 10 N. Es réual q u e el p e s o
(0.03)2
de u n a m a s a de 1 kg.
5. F
=
( g r a v )
2
Gm m ld
x
2
11
= (6.67 x 1 0 - ) (9.1 x 10-3i)(i.67 x 10-27)
10
(1.0 x 10- )2
= 1.0
^(elec) =
x 10
N.
4 7
2
kq\q2ld
=
(9X
9
10 )
1 9
2
1 0
2
(1.6 x 1 0 - )
(1.0 x 1 0 - )
= 2.3 x 1 0 " N.
8
35. Sólo por c o n v e n c i ó n , la dirección de u n c a m p o
eléctrico e n cualquier p u n t o es la de la fuerza q u e
a c t ú a s o b r e u n a carga positiva de p r u e b a c o l o c a d a
en ese p u n t o . U n a carga positiva c o l o c a d a cerca de
u n p r o t ó n es e m p u j a d a alejándose del p r o t ó n . En
c o n s e c u e n c i a , la dirección del vector c a m p o eléctrico es alejándose del p r o t ó n .
37. La carga se c o n c e n t r a r á m á s en las e s q u i n a s . Ve la
figura 2 2 . 2 1 .
39. Sí, en a m b o s c a s o s se tiene u n a relación de e n e r g í a
entre a l g u n a cosa. En el caso de la t e m p e r a t u r a la
relación es de energía p o r m o l é c u l a . En el caso del
voltaje es energía/carga. Aun c o n u n n u m e r a d o r peq u e ñ o , la relación p u e d e ser g r a n d e si el d e n o m i n a dor es s u f i c i e n t e m e n t e p e q u e ñ o . Es el caso de las
energías p e q u e ñ a s q u e i n t e r v i e n e n e n la p r o d u c c i ó n
de c h i s p a s de alta t e m p e r a t u r a y esferas m e t á l i c a s
con alto voltaje.
¡La fuerza eléctrica e n t r e u n e l e c t r ó n y u n p r o t