Modelo matematico de la ley de coulomb

La ley de coulomb problemas y soluciones pdf

Muchos estudiantes pueden hacer las matemáticas de la ecuación de Coulomb, pero pueden tener poca comprensión de su significado. Esta simulación permite a los estudiantes visualizar la interacción de las cargas para ver por qué la Ley de Coulomb funciona matemáticamente. Cambia el signo de la carga, cambia la cantidad de carga y mueve las cargas en una cuadrícula. Los estudiantes verán surgir un patrón matemático que relaciona la fuerza con la distancia de separación y la magnitud de la carga.

Este modelo interactivo en Java investiga la fuerza eléctrica que ejerce una partícula sobre otra. Es una representación muy sencilla que promueve la comprensión de la Ley de Coulomb de tres maneras: 1) Los estudiantes pueden establecer la cantidad de carga en cada partícula y ver las flechas vectoriales que muestran la fuerza; 2) La partícula 2 puede ser arrastrada a la izquierda o a la derecha para mostrar la fuerza en varios lugares; y 3) Se puede mostrar un gráfico que muestra la fuerza eléctrica en función del tiempo. Los valores de la fuerza se generan en una tabla.

Unidad de la ley de coulomb

En electromagnética, la ley de Coulomb es una fórmula muy clásica. Casi todos los libros de texto recogen esta fórmula, pero ninguno de ellos ofrece la correspondiente derivación teórica detallada. Para que los principiantes en física comprendan mejor el significado físico de esta fórmula, exploramos el origen, el modelo físico y el mecanismo de esta fórmula. Basándonos en el principio de que la interacción entre dos campos diferentes puede generar densidad de energía, que es igual a la presión, analizamos la distribución de la densidad de energía del campo eléctrico, así como la presión correspondiente en la superficie cargada. A través de la derivación matemática rigurosa, damos la derivación teórica de esta fórmula.

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La ley de Coulomb es una descripción matemática de la fuerza eléctrica entre objetos cargados. Según Coulomb, la fuerza eléctrica para cargas en reposo tiene las siguientes propiedades: Si dos cuerpos cargados eléctricamente se colocan uno cerca del otro, habrá una fuerza de atracción o de repulsión que actuará sobre ellos dependiendo de la naturaleza de la carga de los cuerpos. La fórmula de la fuerza que actúa entre dos cuerpos cargados eléctricamente fue desarrollada por primera vez por Charles-Augustinde en 1785. La fuerza eléctrica es proporcional al producto de la carga de los cuerpos cargados e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre el centro de los cuerpos cargados.

Wikipedia

Gracias a los trabajos de los científicos de finales del siglo XVIII, las principales características de la fuerza electrostática -la existencia de dos tipos de carga, la observación de que las cargas similares se repelen, las cargas diferentes se atraen y la disminución de la fuerza con la distancia- acabaron perfeccionándose y expresándose en forma de fórmula matemática. La fórmula matemática de la fuerza electrostática se llama ley de Coulomb en honor al físico francés Charles Coulomb (1736-1806), que realizó experimentos y propuso por primera vez una fórmula para calcularla.

Figura \ (\PageIndex{1}): Esta imagen de la NASA de Arp 87 muestra el resultado de una fuerte atracción gravitatoria entre dos galaxias. En cambio, a nivel subatómico, la atracción electrostática entre dos objetos, como un electrón y un protón, es mucho mayor que su atracción mutua debida a la gravedad. (Crédito: NASA/HST)

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Tras los trabajos de Ernest Rutherford y sus colegas a principios del siglo XX, quedó bien establecida la imagen de los átomos formados por núcleos diminutos y densos rodeados de electrones más ligeros y aún más diminutos que se mueven continuamente alrededor del núcleo. Esta imagen se denominó modelo planetario, ya que representaba al átomo como un «sistema solar» en miniatura en el que los electrones orbitaban alrededor del núcleo como los planetas alrededor del sol. El átomo más simple es el hidrógeno, que consta de un solo protón como núcleo alrededor del cual se mueve un solo electrón. La fuerza electrostática que atrae al electrón hacia el protón depende únicamente de la distancia entre las dos partículas, según la Ley de Coulomb:

La ley de coulomb

ha provocado lo siguiente en mi mente. Se trata de la modelización eléctrica en lugar de la modelización de la gravedad, pero la ley del cuadrado inverso es similar.La densidad de energía en el campo eléctrico de una carga puntual $q$ es

La ley de campo que intenta sustituir deriva directamente de la ley de Coulomb, según la cual la fuerza eléctrica entre cargas es proporcional al producto de sus cargas dividido por el cuadrado de la distancia entre ellas. La ley de Coulomb no cayó del cielo. Hay buenas razones empíricas e incluso matemáticas para adoptarla (que puedes leer en cualquier libro de texto de física para estudiantes), y ha habido 200 años de experimentos rigurosos que han confirmado su verdad dentro de su dominio de aplicabilidad, que, recuerda, es calcular la fuerza entre partículas cargadas.

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Sí, el modelo clásico se rompe en los límites de su aplicabilidad. No eres la primera persona que se da cuenta de esto. De hecho, hubo un gran revuelo cuando esta observación fue nueva. El punto de vista moderno no es que las ecuaciones deban ser «fijas», sino que sólo son aplicables en determinados contextos. Y tu ejemplo de tratar de encontrar el tamaño de un electrón, es simplemente un ejemplo de que el modelo no da resultados inteligibles. El modelo clásico asume partículas puntuales. No puedes usar esa herramienta para hacer lo que intentas hacer. ¿Y por qué lo harías? Si quieres medir el tamaño de un electrón, harías un experimento, no te andarías con las leyes sobre el papel. La física es una ciencia. En lugar de insertar retoques ad hoc en teorías empíricas ya bien probadas, la física moderna ha desarrollado nuevas teorías que amplían las leyes clásicas en lugar de sustituirlas. Deberías estudiar un tratamiento moderno antes de proponer «arreglos» a las leyes clásicas.

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