domingo, 12 de junio de 2011

Antecedentes históricos de las Fuerzas de acción a distancia

Fuerza Gravitacional:


Hasta el siglo XVII la tendencia de un cuerpo a caer al suelo era considerada como una propiedad inherente a todo cuerpo por lo que no necesitaba mayor explicación.


A primera vista parecería que el girar de los planetas alrededor del Sol y la caída de una manzana de un árbol poco tienen en común, sin embargo Isaac Newton intuyó que se trataba de dos manifestaciones de un mismo fenómeno físico. A la edad de 23 años, en un receso escolar debido a una epidemia desatada donde él estudiaba, se inspiró al ver caer una manzana desde un árbol a la tierra. Se le ocurrió comparar la fuerza que atraía a la manzana y la que debía atraer a la luna hacia la tierra; consideró que las aceleraciones producidas por dichas fuerzas deberían tener un mismo origen. La simple idea de que los movimientos celestes y terrestres estuvieran sujetos a leyes semejantes era un reto temerario a romper la tradición Aristotélica que imperaba en aquella época.


Fuerza electroestática:

En 1733 el francés Francois de Cisternay du Fay propuso la existencia de dos tipos de carga eléctrica, positiva y negativa, constatando que:§  Los objetos frotados contra el ámbar se repelen.§  También se repelen los objetos frotados contra una barra de vidrio.§  Sin embargo, los objetos frotados con el ámbar atraen los objetos frotados con el vidrio.Du Fay y Stephen Gray fueron dos de los primeros "físicos eléctricos" en frecuentar plazas y salones para popularizar y entretener con la electricidad. Por ejemplo, se electriza a las personas y se producen descargas eléctricas desde ellas, como en el llamado beso eléctrico: se electrificaba a una dama y luego ella daba un beso a una persona no electrificada.En 1785 el físico francés Charles Coulomb publicó un tratado en el que se describían por primera vez cuantitativamente las fuerzas eléctricas, se formulaban las leyes de atracción y repulsión de cargas eléctricas estáticas y se usaba la balanza de torsión para realizar mediciones. En su honor, el conjunto de estas leyes se conoce con el nombre de ley de Coulomb. Esta ley, junto con una elaboración matemática más profunda a través del teorema de Gauss y la derivación de los conceptos de campo eléctrico y potencial eléctrico, describe la casi totalidad de los fenómenos electrostáticos.

Videos acerca de la Fuerza Gravitacional y Fuerza Electroestatica

De la siguiente manera y gracias a el amplio margen de informacion que nos permite el internet buscar, pondremos a disposicion de todos, dos videos que explican brevemente nuestros temas expuestos, los cuales son: Fuerza Gravitacional y Fuerza Electroestática respectivamente. Los ponemos a continuación.

Fuerza Gravitacional:



Fuerza Electrostática:




Ley de Coulomb (la cual complementa el tema de Electrostática):
                                                                                                                                                      

Vinculos con el desarrollo de los temas

Ponemos a disposición por medio de este blog, los vínculos con las páginas web que desarrollan los temas de la Fuerza Gravitacional (Fuerza Gravitatoria y Campo Gravitacional) y Fuerza Electrostática ( Concepto, Ley de Coulomb y Campo Electrico) Respectivamente:

Fuerza Gravitacional (Fuerza Gravitatoria):
Fuerza Gravitacional.link

(Campo Gravitacional):

Campo Electrico.link


Fuerza Electrostática (Concepto y Ley de Coulomb):

Electrostática.link

(Campo Eléctrico):

Campoelectrico.link

Biografías de de Isaac Newton (Fuerza Gravitacional) Y Charles Coulomb (Fuerza Electrostática)

Biografía de Isaac Newton:


Isaac Newton se encuentra dentro de los científicos más importantes de la historia. Sus teorías y descubrimientos un impactaron fuertemente, creando una nueva forma de comprender los fenómenos de la naturaleza.Por eso es que consideramos que Newton ha sido –por su aporte a la ciencia- un personaje histórico de gran relevancia en los profundos cambios sociales que se dieron en la Modernidad. Les proponemos un breve repaso por su obra y su vida.


La vida de Isaac Newton se inicia con su nacimiento en Woolsthorpe(Lincolnshire, Inglaterra) el 4 de enero de 1643. Sus primeros estudios fueron realizados en el Trinity College de Cambridge. Allí entró en contacto con las obras de importantes científicos, que le servirían de base para sus futuros trabajos.

En su carrera como científico muchos fueron los aportes realizados y en diferentes campos: óptica, matemática, física. Pero sin duda el mayor y más conocido fue su obra Philosophiae naturalis principia mathematica. En losPrincipia –como se conoce a la obra-Newton establece las bases de laMecánica Clásica a través de las Tres Leyes de la Dinámica.Estas Leyes de la Dinámica son también llamadas las “leyes de Newton”. Su importancia reside en que a través de ella se logró explicar el movimiento de los cuerpos, sus efectos y sus causas. La primera ley de Newton es “El Principio de la Inercia”. La segunda de ellas es la “ley de la interacción y la fuerza”. Mientras que laTercera Ley de Newton es la “ley de acción-reacción”.También en su obra Principia, Isaac Newton desarrolló uno de los conceptos claves de la física moderna: la ley de gravitación universal, más conocida como ley de Gravedad. La ley sostiene que la fuerza gravitatoria entre dos cuerpos (por ejemplo la Tierra y la Luna) está relacionada a la masa y la distancia entre sí de los cuerpos. Con este postulado científico, Newton fue capaz de dar explicación a los fenómenos físicos observables en el universo.En sus estudios sobre óptica, Newton demostró que la luz blanca era en realidad la conjunción de una banda de colores. La demostración es el famoso experimento en que se hace pasar la luz por un prisma. Además, en su teoría general sobre la luz determinó que ésta es formada por partículas, y que la trayectoria en que se propaga es una línea recta. Isaac Newton realizó también importantes aportes científicos en otros campos del conocimiento. Desarrolló la ley de conducción térmica, realizó estudios sobre la velocidad del sonido, creó una teoría sobre el origen de las estrellas. En matemática, Newton desarrolló el teorema del binomio, y -junto con Leibniz- el cálculo integral y diferencial.Isaac Newton falleció en Londres en 1727. Siguiendo su biografía y su enorme trayectoria como científico (con aportes que dieron un verdadero giro a la ciencia) es posible comprender por qué muchos le consideran el más grande científico de la historia y -a su obra Philosophiae naturalis principia mathematica- el punto cúlmine de la Revolución científica.

Biografía de Charles Coulomb:



Charles-Augustin de Coulomb (Angulema, Francia, 14 de junio de 1736 - París, 23 de agosto de 1806) fue un físico francés. Se recuerda por haber descrito de manera matemática la ley de atracción entre cargas eléctricas. En su honor la unidad de carga eléctrica lleva el nombre de culombio (C). Fue el primer científico en establecer las leyes cuantitativas de la electrostática, además de realizar muchas investigaciones sobre: magnetismo, rozamiento y electricidad. En 1777 inventó la balanza de torsión para medir la fuerza de atracción o repulsión que ejercen entre sí dos cargas eléctricas, y estableció la función que liga esta fuerza con la distancia. Fue educado en la École du Génie en Mézieres y se graduó en 1761 como ingeniero militar con el grado de Primer Teniente. En 1774, Coulomb se convirtió en un corresponsal de la Academia de Ciencias de París. Compartió el primer premio de la Academia por su artículo sobre las brújulas magnéticas y recibió también el primer premio por su trabajo clásico acerca de la fricción, un estudio que no fue superado durante 150 años. Durante los siguientes 25 años, presentó 25 artículos a la Academia sobre electricidad,magnetismo, torsión y aplicaciones de la balanza de torsión, así como varios cientos de informes sobre ingeniería y proyectos civiles. Otro aporte de Coulomb es la llamada Teoría de Coulomb para presión de tierras, publicada en 1776. También hizo aportaciones en el campo de la ergonomía. Coulomb murió en 1806, cinco años después de convertirse en presidente delInstituto de Francia (antiguamente la Academia de Ciencias de París). Suinvestigación sobre la electricidad y el magnetismo permitió que esta área de la física saliera de la filosofía natural tradicional y se convirtiera en una ciencia exacta. La historia lo reconoce con excelencia por su trabajo matemático sobre la electricidad conocido como "Leyes de Coulomb".

Conceptos teóricos

La fuerza gravitacional:

Es una fuerza de atracción que aparece entre dos cuerpos, depende de la distancia entre los cuerpos y su masa. Disminuye según su distancia al cuadrado, es decir, varía por si distancia entre más lejos menos fuerza y disminuye al cuadrado. El peso es una fuerza gravitatoria ejercida por la aceleración.

La fuerza gravitatoria se calcula como:

 F = G \frac{m_1 m_2}{r^2}

 G = (6{,}67428\pm 0{,}00067) \cdot 10^{-11}~\mathrm{\frac{m^3}{kg \cdot s^2}}

Campo gravitacional 

El campo gravitatorio es un campo vectorial que describe la fuerza gravitatoria que se aplica sobre un objeto en cualquier punto dado en el espacio, por unidad de masa. En realidad, es igual a la aceleración de la gravedad en ese punto.

El campo gravitacional se calcula:

 



Fuerza electrostática:

Fuerza de atracción o repulsión entre dos cuerpos estacionarios que, de acuerdo con el principio de acción y reacción, ejercen la misma fuerza eléctrica uno sobre otro. La carga eléctrica de cada cuerpo puede medirse en culombios. La fuerza entre dos partículas con cargas q1 y q2 puede calcularse a partir de la ley de Coulomb según la cual la fuerza es proporcional al producto de las cargas dividido entre el cuadrado de la distancia que las separa. La constante de proporcionalidad K depende del medio que rodea a las cargas.


La fuerza entre dos cargas se calcula como:

q = +- n.e            1e = 1,6x10-19

Campo eléctrico

Es la región de espacio en la que se ejercen fuerzas atractivas y repulsivas. Su causa son las cargas eléctricas que se sitúan en el. La intensidad de un campo eléctrico es una magnitud vectorial que corresponde a la relación entre la fuerza ejercida sobre la unidad de carga positiva situada en un determinado punto del campo y la propia carga.

El campo eléctrico se calcula:


Preguntas conceptuales

Gravitacional

1. Respecto a las siguientes afirmaciones, se puede asegurarse que:
a.Las fuerzas gravitacionales siempre son de atracción.
b.Las masas deben estar en contacto para poder atraerse gravitacionalmente.


2. De las sigueintes afirmaciones, donde F es la fuerza gravitacionalentre las masas m1 y m2 que estan a una distancia r, puede decirse que:
a. F α m1 m2
b. F α r2


3. Se desea disminuir a la mitad el campo gravitacional que produce un cuerpo en un punto dado del espacio. Una forma de lograrlo es: 


4. De las siguientes afirmaciones, se puede decir que:
a. El campo gravitacional es directamente proporcional la valor de la masa que lo produce.
b. El campo gravitacional es mayor cuanto mayor sea la distancia hasta la masa que lo produce.


5. De las siguientes afirmaciones, se puede decir que:
a. La fuerza gravitacional del Sol sobre la Tierra es mayor que la fuerza de la Tierra sobre el Sol debido a que la masa del Sol es mucho mayor que la masa de la Tierra.
b. La fuerza gravitacional de una persona sobre la Tierra es menor que la fuerza de la Tierra sobre la persona debido a que la masa de la persona es muchísimo menor que la masa de la Tierra.



Electrostática

1. ¿Que establece la ley de cargas?

2. ¿Que establece el principio de conservación de la carga?

3. Mencione los dos factores que determinan la magnitud de la fuerza electrostática.

4. De las siguientes afirmaciones, son verdaderas:
a. La dirección del campo eléctrico depende del signo de la carga que lo produce.
b. La dirección del campo eléctrico depende del signo de la carga que lo experimenta.

5. Si la fuerza que hay entre dos electrones es igual a F a una ditancia r, calcule la nueva fuerza si r se reduce a la mitad.  
   



Problemas practicos

Gravitacional

1. Dos planetas se encuentran a una distancia de 50 m entre sus centros; si sus masas son de 500000 kg y 850000 kg, la fuerza gravitacional con la que se atraen es:

2. Dos esferas se encuentran a 2 m desde sus centros, y se atraen con una fuerza gravitacional de 1,76x10-6  N. Si la masa de una de las esferas es de 500 kg, la otra esfera debe tener una masa de:

3. Dos esferas de 100 kg cada una están en contacto, y entre ellas hay una fuerza de atracción gravitacional de 0,000010 N. ¿A que distancia están sus centros?
4. Saturno orbita a una distancia promedio de 1,427x109 km del Sol. Si la masa del sol es de 2x1030 kg, la magnitud del campo gravitacional del Sol sobre Saturno es:

5. Si el campo gravitacional sobre la superficie de Urano es 7,84 N/kg, y su radio es 26145 km, se puede afirmar que la masa de Urano es:




Electrostática

1. Un cuerpo tiene un exceso de 3000 electrones. La magnitud de su carga es:

2. Si dos protones se repelen con una fuerza electrostática cuya magnitud es de 3,69x10-19 N, la distancia entre ambas partículas debe ser:

3. Dos cargas idénticas de valor q, se repelen con una fuerza de 2,03x10-2 N cuando se encuentran a 0,02 m de distancia. El valor de q debe ser:

4. El valor de la fuerza electrostática sobre q2 tiene un valor de:

    O-----------------------------------O-------------------------------------O

q1=+2x10-3                           0,1m                                  q2=-3x10-2                              0,1m                                  q3=+2x10-3



5. Una esfera cargada produce, a 4m de su centro, un campo eléctrico de 4500 N/C  dirigido hacia la esfera. Se puede afirmar que la esfera tiene:
a. un exceso de 5x1013 electrones    b. una deficiencia de 5x1013 electrones

Respuestas de las preguntas conceptuales

Gravitacional


1. La afirmación a es correcta , pero la b es falsa.


2. La afirmación a es correcta , pero la b es falsa.

3. Disminuyendo la masa del cuerpo a la mitad.

4. La afirmación a es correcta , pero la b es falsa.


5. Ambas afirmaciones son incorrectas.




Electrostática

1. Las cargas de igual signo se repelen, mientras que las de diferente signo se atraen; es decir que las fuerzas electrostáticas entre cargas de igual signo (por ejemplo dos cargas positivas) son de repulsión, mientras que las fuerzas electrostáticas entre cargas de signos opuestos (una carga positiva y otra negativa), son de atracción.

2. No hay destrucción ni creación neta de carga eléctrica, y afirma que en todo proceso electromagnético la carga total de un sistema aislado se conserva.

3.  a. Entre mas carga mayor es la fuerza electrostática.
     b. Entre mas distancia menor sera la fuerza electrostática. 

4. Solo la b.

5. k X q1 x q2 / (r/2) al cuadrado = F/1 // 4/1 = 4F



Soluciones de los problemas practicos

Electrostática
Respuestas:
1. 4,80x10-16 C
2. 2,50x10-5 m
3. 3,0x10-8 
4. 0 N
5. A

Gravitacional
Respuestas:
1. 0,0113 N
2. 212 kg
3. 0, 258 m
4. 6,55x10-5 N/kg
5. 8,03x1025 kg