Grado 10
  1. Mecánica  1.1. Dinámica  1.1.1. Movimiento en una dimensión  1.1.2. Movimiento en dos dimensiones  1.1.3. Desplazamiento y Distancia  1.1.4. Velocidad y Rapidez  1.1.5. Aceleración  1.1.6. Representación gráfica del movimiento  1.1.7. Ecuaciones de movimiento  1.1.8. Caída libre y aceleración debido a la gravedad  1.1.9. Movimiento de un proyectil  1.1.10. Velocidad relativa  1.2. Dinámica  1.2.1. Leyes del movimiento de Newton  1.2.2. Inercia y masa  1.2.3. Fuerza y sus tipos  1.2.4. fuerza de acción y reacción  1.2.5. La fricción y sus efectos  1.2.6. Coefficient of friction  1.2.7. Movimiento circular  1.2.8. Fuerza centrípeta y aceleración centrípeta  1.2.9. Momentum e Impulso  1.2.10. Conservación del momento  1.2.11. Tercera ley de Newton y aplicaciones  1.3. Trabajo, Energía y Potencia  1.3.1. Trabajo realizado por la fuerza  1.3.2. Teorema trabajo-energía  1.3.3. Energía cinética  1.3.4. Energía potencial  1.3.5. Energía mecánica  1.3.6. Conservación de la Energía  1.3.7. Poder y eficiencia  1.3.8. Fuentes de energía renovables y no renovables  1.4. Fuerza gravitacional  1.4.1. La ley de gravitación universal de Newton  1.4.2. Campo gravitacional y fuerza del campo  1.4.3. Aceleración debida a la gravedad en diferentes planetas  1.4.4. Leyes del movimiento planetario de Kepler  1.4.5. Órbitas y satélites  1.4.6. Peso y peso aparente  1.4.7. Energía potencial gravitacional
  2. Propiedades de la materia  2.1. Estados de la materia  2.1.1. Sólido, líquido y gas  2.1.2. Estructura molecular de la materia  2.1.3. Fuerzas intermoleculares  2.1.4. Plasma y condensado de Bose–Einstein  2.2. Presión  2.2.1. Definición de Presión  2.2.2. Presión en líquidos  2.2.3. Presión atmosférica  2.2.4. Principio de Pascal  2.2.5. El principio de Arquímedes y la flotabilidad  2.2.6. Tensión superficial y capilaridad  2.3. Elasticidad  2.3.1. La ley de Hooke  2.3.2. Tensión y deformación  2.3.3. Límite elástico y módulo de elasticidad  2.3.4. Aplicaciones de la elasticidad
  3. Física térmica  3.1. calor y temperatura  3.1.1. Diferencia entre calor y temperatura  3.1.2. Escala de temperatura  3.1.3. Dilatación térmica  3.1.4. Equilibrio térmico  3.2. Transferencia de calor  3.2.1. Conductividad  3.2.2. Convección  3.2.3. Radiación  3.2.4. Aislamiento y sus aplicaciones  3.3. Propiedades térmicas de la materia  3.3.1. Capacidad calorífica específica  3.3.2. Calor latente y cambio de fase  3.3.3. Punto de ebullición y punto de fusión  3.3.4. Motores térmicos y refrigeración  3.4. Leyes de la Termodinámica  3.4.1. Ley cero de la termodinámica  3.4.2. Primera ley de la termodinámica  3.4.3. Segunda ley de la termodinámica  3.4.4. Ciclo de Carnot
  4. Ondas y óptica  4.1. Nature and properties of waves  4.1.1. Tipos de ondas en la naturaleza y propiedades de las ondas  4.1.2. Olas transversales y longitudinales  4.1.3. Parámetros de las ondas  4.1.4. Reflexión y refracción de ondas  4.1.5. Superposición e Interferencia  4.1.6. Ondas estacionarias y resonancia  4.1.7. Efecto Doppler  4.2. Ondas sonoras  4.2.1. Características de las ondas sonoras  4.2.2. Velocidad del sonido en diferentes medios  4.2.3. Aplicaciones de las ondas sonoras  4.2.4. Ultrasonido y sus usos  4.3. Ondas de Luz y Óptica  4.3.1. Naturaleza de la luz  4.3.2. Reflexión de la luz  4.3.3. Leyes de la reflexión  4.3.4. Espejos y Formación de Imágenes  4.3.5. Refracción de la luz  4.3.6. La Ley de Snell  4.3.7. Lentes y Formación de Imágenes  4.3.8. Reflexión interna total y ángulo crítico  4.3.9. Fibra óptica  4.4. Instrumentos Ópticos  4.4.1. Microscopio  4.4.2. Telescopio  4.4.3. Ojo humano y defectos de visión  4.4.4. Cámara y su principio de funcionamiento
  5. Electricidad y Magnetismo  5.1. Electrostática  5.1.1. Carga eléctrica y sus propiedades  5.1.2. Conductores e Aislantes  5.1.3. La ley de Coulomb  5.1.4. Campo eléctrico y líneas de campo  5.1.5. Potencial eléctrico y diferencia de potencial  5.1.6. Capacitores y Capacitancia  5.2. Electricidad Actual  5.2.1. Corriente eléctrica y su medición  5.2.2. La ley de Ohm  5.2.3. Resistencia y resistividad  5.2.4. Circuitos en Serie y en Paralelo  5.2.5. Energía y potencia eléctricas  5.2.6. Leyes de Kirchhoff  5.3. Magnetismo y Electromagnetismo  5.3.1. Campo magnético y líneas de campo  5.3.2. Efectos magnéticos de la corriente eléctrica  5.3.3. Inducción electromagnética  5.3.4. Leyes de Faraday de la inducción electromagnética  5.3.5. Transformadores y Aplicaciones  5.3.6. Corriente AC y DC
  6. Física Moderna  6.1. Física nuclear  6.1.1. Estructura del átomo  6.1.2. Modelo atómico de Bohr  6.1.3. Niveles de Energía del Electrón  6.1.4. Rayos X y aplicaciones  6.2. Radiactividad  6.2.1. Tipos de radiación  6.2.2. Vida media y desintegración radiactiva  6.2.3. Reacciones nucleares y aplicaciones  6.2.4. Fisión y Fusión  6.3. Física cuántica  6.3.1. Dualidad onda-partícula  6.3.2. Efecto fotoeléctrico  6.3.3. Cuantización de la energía  6.3.4. El principio de incertidumbre de Heisenberg
  7. Electrónica y Comunicación  7.1. Semiconductores  7.1.1. Conductores, aislantes y semiconductores  7.1.2. Diodos y sus aplicaciones  7.1.3. Transistores y Puertas Lógicas  7.1.4. LEDs y fotodiodos  7.2. Sistemas de Comunicación  7.2.1. Fundamentos de la comunicación  7.2.2. Señales analógicas y digitales  7.2.3. Comunicación inalámbrica y fibra óptica  7.2.4. Ondas de radio y modulación

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La ley de Coulomb


En el mundo de la física, uno de los conceptos fundamentales a entender es cómo los objetos interactúan entre sí a través de fuerzas. Entre una serie de fuerzas, las fuerzas electrostáticas se destacan como interacciones fundamentales que explican mucho sobre cómo se comportan los objetos a nivel atómico. La ley de Coulomb es el principio que describe las fuerzas que actúan entre objetos cargados.

Entendiendo la carga

Antes de sumergirnos en la ley de Coulomb, es importante entender qué es la carga. Toda materia está compuesta de átomos, que contienen protones, neutrones y electrones. Los protones tienen una carga positiva, los electrones tienen una carga negativa y los neutrones son neutros. En general, la carga de una sustancia depende del equilibrio entre protones y electrones. Si hay más electrones que protones, el objeto se vuelve negativamente cargado. De manera similar, si hay más protones que electrones, el objeto está positivamente cargado.

Imagina que estás jugando con dos globos. Antes de comenzar, ambos globos están colgando neutralmente, sin ser afectados entre sí. Ahora imagina que estás frotando ambos globos en tu cabello. Lo que sucede a continuación es mágico y profundamente enraizado en la ley de Coulomb.

La esencia de la ley de Coulomb

La ley de Coulomb describe cómo interactúan los objetos cargados entre sí. Esta ley afirma que la fuerza entre dos objetos cargados es proporcional a la magnitud de sus cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre ellos.

F = k * (|q1 * q2| / r²)

Donde:

  • F es la fuerza entre las cargas (en newtons).
  • q1 y q2 son las magnitudes de las cargas (en culombios).
  • r es la distancia (en metros) entre los centros de las dos cargas.
  • k es la constante de Coulomb, aproximadamente 8.9875 × 10^9 N m²/C².

Ejemplo visual

R

En la figura anterior, dos círculos representan partículas cargadas. La línea entre ellas es r, que es la distancia que separa las dos cargas. Según la ley de Coulomb, la fuerza entre estas dos partículas está afectada por sus cargas y esta distancia.

Explorando los elementos de la ley

Magnitud de la carga

Considera dos partículas cargadas. Si ambas partículas tienen carga, la fuerza entre ellas también aumentará a medida que aumente la magnitud de estas cargas. Esta relación es directamente proporcional, lo que significa que si duplicas una de las cargas, la fuerza también se duplica. Por ejemplo, si tienes dos cargas, q1 = 3C y q2 = 2C, y cambias q1 a 6C, la fuerza también se duplicará, suponiendo que la distancia permanece constante.

Distancia entre cargas

La ley de Coulomb también nos dice que la fuerza es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre las cargas. Esto significa que a medida que aumenta la distancia entre dos cargas, la fuerza entre ellas disminuye. Por el contrario, a medida que la distancia disminuye, la fuerza se vuelve más fuerte.

Para visualizar:

Inicial Aumentada

En el diagrama anterior, en el segundo escenario, a medida que aumenta la distancia entre las cargas, la fuerza disminuye según la relación inversa al cuadrado.

Constante de Coulomb

La constante k en la ley de Coulomb proporciona la proporcionalidad adecuada para la ecuación. Convierte la relación proporcional en cantidades exactas. Su valor es aproximadamente 8.9875 × 10^9 N m²/C², que se determina mediante métodos experimentales.

Signo de las cargas y tipo de interacción

Las cargas pueden ser de dos tipos: positivas o negativas. El tipo de atracción o repulsión depende de la naturaleza de estas cargas.

  • Cargas iguales se repelen entre sí: una carga positiva repele a otra carga positiva y una carga negativa repele a otra carga negativa.
  • Cargas opuestas se atraen entre sí: una carga positiva atrae a una carga negativa y viceversa.

Ejemplo: carga positiva y negativa

Atracción

La figura anterior muestra una carga positiva y una negativa atrayéndose mutuamente. Esto sigue la regla de que las cargas opuestas se atraen entre sí.

Aplicaciones de la ley de Coulomb

La ley de Coulomb no es solo teórica; tiene importantes aplicaciones prácticas en el mundo real. Explica muchos fenómenos en química, física, ingeniería y otros campos:

Átomos y moléculas

A un nivel fundamental, la ley de Coulomb es importante para entender cómo los átomos forman enlaces químicos. Los electrones son atraídos a los núcleos cargados positivamente de los átomos, lo que ayuda a formar moléculas.

Electrónica

En electrónica, la ley de Coulomb ayuda en el diseño y la comprensión del comportamiento de los capacitores, aislantes y semiconductores. La fuerza entre partículas cargadas es importante en el diseño de circuitos.

Ejemplos de la vida cotidiana

  • Cuando arrastras tus pies sobre una alfombra y luego tocas un picaporte de metal, la descarga que sientes es una demostración de la transferencia de cargas.
  • Otro ejemplo práctico es que los cabellos se repelen entre sí debido a la electricidad estática.

Conclusión

La ley de Coulomb es un principio importante que subyace en nuestra comprensión de las interacciones entre objetos cargados. Al describir la fuerza eléctrica como una función simple de las magnitudes de carga y las distancias, proporciona una profunda comprensión de la estructura de la materia. Aunque su ecuación es simple, sus implicaciones llegan hasta las complejidades de la química y la física que gobiernan nuestro universo.


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