Fundamentos de Electrostática y Leyes de la Dinámica Clásica
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Electrostática y Corriente Eléctrica
Carga Eléctrica y Ley de Coulomb
La carga eléctrica es aquella propiedad que adquiere la materia cuando se produce un desequilibrio entre el número de protones de los átomos que la constituyen y el número de electrones de los mismos.
La Ley de Coulomb establece que dos cargas eléctricas se atraen entre sí o se repelen con una fuerza (F) cuyo valor es directamente proporcional al producto del valor absoluto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia.
Campo y Potencial Eléctrico
El campo eléctrico es la zona del espacio que rodea a una carga eléctrica donde esta manifiesta sus efectos de atracción o repulsión sobre otras cargas. La intensidad de campo eléctrico se define como la fuerza electrostática que actúa sobre la unidad de carga positiva (+) situada en el punto en el que se considera dicha intensidad.
El potencial en un punto determinado es el trabajo realizado por la fuerza electrostática al trasladar la unidad de carga eléctrica positiva (+) desde el infinito del campo hasta el punto considerado. Su expresión matemática es: Veléc = kQ/r.
La diferencia de potencial entre dos puntos es el trabajo realizado por la fuerza electrostática para trasladar la unidad de carga eléctrica positiva (+) entre dichos puntos. Es importante notar que el campo eléctrico siempre apunta hacia los potenciales decrecientes.
Leyes de la Corriente Eléctrica
La Ley de Ohm relaciona la intensidad (I), el voltaje (V) y la resistencia (R) mediante la fórmula: Va - Vb = R · I.
Por otro lado, la Ley de Joule indica que el trabajo consumido en una resistencia al circular una corriente eléctrica por ella se disipa, desprendiéndose en forma de calor. La relación matemática es: W · J = I² · R · t · 0,24 (cal).
Dinámica y Leyes de Newton
Principios del Movimiento
- 1er Principio (Inercia): Todo cuerpo sobre el que no actúa una fuerza neta (Fn) o está en reposo o lleva a cabo un Movimiento Rectilíneo Uniforme (MRU). La inercia se define como la oposición de un cuerpo a variar su estado de reposo o MRU.
- 2do Principio (Efecto dinámico de las fuerzas): La variación de la cantidad de movimiento de un cuerpo con respecto al tiempo es igual a la fuerza neta que actúa sobre dicho cuerpo: Fn = (dp/dt) → Fn = m · a.
- 3er Principio (Acción y Reacción): Cuando un cuerpo ejerce una fuerza sobre otro, este segundo "contesta" al primero ejerciendo sobre él otra fuerza de igual módulo y dirección, pero en sentido contrario.
Impulso Mecánico y Cantidad de Movimiento
El impulso mecánico (I) se define como I = ∫Fn · dt. La cantidad de movimiento (p) se expresa como p = m · v. Existe una relación fundamental: I = Δp. El impulso mecánico que una fuerza neta comunica a un sistema físico material en un tiempo determinado es igual a la variación de la cantidad de movimiento del sistema en el citado tiempo.
El Teorema de conservación de la cantidad de movimiento dicta que la cantidad de movimiento de un sistema físico material se conserva si y solo si no actúa una fuerza neta sobre él (Psist = cte ↔ Fn = 0).
Características Generales de las Fuerzas Conservativas
- Realizan un trabajo (T) que no depende de la trayectoria seguida por el sistema sobre el que actúan.
- Llevan asociada una energía potencial, de forma que la pérdida de energía potencial es igual al trabajo realizado por las citadas fuerzas.
- Realizan un trabajo cíclico nulo.