Este documento presenta una guía de aprendizaje para el curso de Física del grado 11o. La guía cubre temas de electrostática incluyendo la ley de Coulomb, estructura del átomo, clasificación de materiales y campo eléctrico. Incluye 10 problemas y videos explicativos para reforzar los conceptos. Los estudiantes serán evaluados a través de un taller para aplicar los conocimientos adquiridos en la solución de actividades.

1. INSTITUCION EDUCATIVA POLITÉCNICO DE SOLEDAD
GUIA DE APRENDIZAJE
AÑO:
2.022
I. IDENTIFICACIÓN.
ASIGNATURA: Física DOCENTE: Luis Carlos Herazo
CURSO: 11º CORREO:
Fecha: Agosto 2022 TELEFONO:
II. ELEMENTOS PEDAGÓGICOS ORIENTADORES
TEMAS A DESARROLLAR TIEMPO DE EJECUCIÓN
Electrostática.
Estructura del átomo.
Clasificación de materiales.
Ley de Coulomb
PROPÓSITO O APRENDIZAJE ESPERADO
Esta guía tiene como objetivo que la estudiante:
Aprenda a escuchar a sus compañeros y a pedir la palabra con respeto.
Participe activamente en la clase, aportando sus ideas e inquietudes, contribuyendo de esta manera a crear un
ambiente adecuado de trabajo.
Identifique las características de la electrostática.
Resuelva problemas a partir de la caracterización de la electrostática.
METODOLOGÍA
Para desarrollar óptimamente esta guía, se debe leer detenidamente los conceptos teóricos, apropiarse de ellos y luego
aplicarlos en la solución de las actividades propuestas.
Es muy importante tener muy claros los conocimientos previos, los cuales son la base fundamental para el desarrollo
pleno de esta guía. Si existe duda, se debe leer nuevamente, las guías anteriores.
Los videos explicativos que aparecen, son de gran ayuda, se aconseja observarlos las veces que sean necesarios.
Realizaremos después de socializar preguntas y videos, un taller referente a la presente guía. Si por algún motivo no
puedes realizar un taller programado, estos se realizarán al final del periodo, POR FAVOR SIGA LAS INSTRUCCIONES.
III. ACTIVIDADES PARA EL DESARROLLO DE COMPETENCIAS ACTITUDINALES, COGNITIVAS Y PROCEDIMENTALES
1. INDAGACIÓN DE CONOCIMIENTOS PREVIOS.
Para desarrollar esta guía debes tener claro los siguientes conceptos.
Solución de problemas aplicando los conceptos básicos matemáticas, de geometría y trigonometría.
Si existe alguna duda se debe realizar nuevamente una lectura de las guías anteriores en las que se desarrollan estos
conceptos.
2. CONCEPTUALIZACIÓN.
Electrostática.
La electrostática es la rama de la física que estudia los fenómenos producidos por distribuciones de cargas eléctricas, esto es, el
campo electrostático de un cuerpo cargado. Históricamente, la electrostática fue la rama del electromagnetismo que primero se
desarrolló. Con la postulación de la Ley de Coulomb fue descrita y utilizada en experimentos de laboratorio a partir del siglo XVII, y
ya en la segunda mitad del siglo XIX las leyes de Maxwell concluyeron definitivamente su estudio y explicación, y permitieron
demostrar cómo las leyes de la electrostática y las leyes que gobiernan los fenómenos magnéticos pueden ser estudiadas en el
mismo marco teórico denominado electromagnetismo.

2. Alrededor del 600 a. C. el filósofo griego Tales de Mileto descubrió que si frotaba un trozo de la resina vegetal fósil llamada ámbar,
en griego elektron, este cuerpo adquiría la propiedad de atraer pequeños objetos. Algo más tarde, otro griego, Teofrasto (310 a. C.),
realizó un estudio de los diferentes materiales que eran capaces de producir fenómenos eléctricos y escribió el primer tratado sobre
la electricidad.
A principios del siglo XVII comienzan los primeros estudios sobre la electricidad y el magnetismo orientados a mejorar la precisión
de la navegación con brújulas magnéticas. El físico real británico William Gilbert utiliza por primera vez la palabra electricidad,
creada a partir del término griego elektron (ámbar). El jesuita italiano Niccolo Cabeo analizó sus experimentos y fue el primero en
comentar que había fuerzas de atracción entre ciertos cuerpos y de repulsión entre otros.
La electricidad estática es un fenómeno que se debe a una acumulación de cargas eléctricas en un objeto. Esta acumulación puede
dar lugar a una descarga eléctrica cuando dicho objeto se pone en contacto con otro. Antes del año 1832, que fue cuando Michael
Faraday publicó los resultados de sus experimentos sobre la identidad de la electricidad, los físicos pensaban que la electricidad
estática era algo diferente de la electricidad obtenida por otros métodos.
Michael Faraday demostró que la electricidad inducida desde un imán, la electricidad producida por una batería, y la electricidad
estática son todas iguales.
La electricidad estática se produce cuando ciertos materiales se frotan uno contra el otro, como lana contra plástico o las suelas de
zapatos contra la alfombra, donde el proceso de frotamiento causa que se retiren los electrones de la superficie de un material y
se reubiquen en la superficie del otro material que ofrece niveles energéticos más favorables.
Estructura del átomo.
En química y física, átomo es la unidad más pequeña de un elemento químico que mantiene su identidad o sus propiedades, y que
no es posible dividir mediante procesos químicos.
Su denso núcleo representan el 99.9% de la masa del átomo, y está compuesto de bariones llamados protones y neutrones,
rodeados por una nube de electrones, que -en un átomo neutral- igualan el número de protones. .
El concepto de átomo como bloque básico e indivisible que compone la materia del universo fue postulado por la escuela atomista
en la Antigua Grecia. Sin embargo, su existencia no quedó demostrada hasta el siglo XIX. Con el desarrollo de la física nuclear en el
siglo XX se comprobó que el átomo puede subdividirse en partículas más pequeñas.
La teoría aceptada actualmente: es que el átomo se compone de un núcleo de carga positiva, donde concentra casi toda la masa
del átomo, su tamaño es muy pequeño; está formado por protones y neutrones, en conjunto conocidos como nucleones; alrededor
del núcleo se encuentra una nube de electrones de carga negativa 1,6x10-19
C, de masa es muy pequeña 9x10-31
kg,. El núcleo del
átomo se encuentra formado por nucleones, los cuales pueden ser de dos clases:
Protones: Partícula de carga eléctrica positiva igual a una carga elemental y una masa 1837 veces mayor que la del electrón.
Neutrones: Partículas carentes de carga eléctrica y una masa un poco mayor que la del protón (1,67493 × 10–27
kg).
Si un electrón en su órbita recibe un exceso energía, éste puede escaparse del átomo, se dice entonces que hubo Ionización. La
estructura del átomo que queda se denomina ion positivo, y el electrón que queda libre o al átomo que queda se le denomina ion
negativo.
En el interior de los cuerpos los iones pueden o no moverse, de este hecho se desprende la siguiente clasificación:
Conductores: los iones pueden moverse libremente. En los conductores líquidos o gaseosos los iones de los dos signos se pueden
mover, en los metales solo lo hacen los de signos negativos, esto se debe a que a que los electrones de las capas externas están
poco unidas al núcleo y se pueden desprender con facilidad. Una de las características de estos materiales es que la resistencia al
paso de la electricidad es muy baja. Los mejores conductores eléctricos son los metales y sus aleaciones. Existen otros materiales,
no metálicos, que también poseen la propiedad de conducir la electricidad como son el grafito, las disoluciones y soluciones salinas
(por ejemplo, el agua de mar) y cualquier material en estado de plasma.
Dieléctricas o aislantes: los iones no se pueden mover, esto se debe a que los electrones están fuertemente unidos al núcleo. Se
necesitan de condiciones especiales, como las altas temperaturas, para poder desprenderlos y se puedan escapar de sus órbitas y
así se pueda convertir en conductor. Son ejemplos de estos; el caucho, la madera seca, el vidrio, el plástico, la cerámica y el papel.
Semiconductores: poseen pocos electrones libres y por lo tanto son cuerpos intermedios entre conductores y dieléctricos.
Es una sustancia que se comporta como conductor o como aislante dependiendo de diversos factores, como por ejemplo el campo
eléctrico o magnético, la presión, la radiación que le incide, o la temperatura del ambiente en el que se encuentre.

3. Ley de Coulomb.
En el SI la unidad de carga eléctrica es el coulomb (c), cuando decimos que un cuerpo tiene una carga de 1c significa que ganó o
perdió 6,25x1018
electrones, es decir: 1c = 6,25x1018
electrones. Se acostumbra a trabajar con cargas pequeñas como el
milicoulomb, 1mc = 10-3
c, y el microcoulomb 1µc = 10-6
c.
La ley que gobierna las cargas en la naturaleza, se conoce con el nombre de ley de Coulomb, y expresa lo siguiente: “la fuerza de
atracción o de repulsión que una carga puntual q1 ejerce sobre otra carga q2 situada a una distancia r, es directamente proporcional
al producto de las cargas, e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa”, matemáticamente se expresa
así:
𝐹 = 𝑘
𝑞1 𝑞2
𝑟2 , k= 9x109
Nm2
/C2
. Donde k es una constante dieléctrica.
Campo eléctrico.
Las fuerzas eléctricas y las gravitacionales son fuerzas de acción a distancia que se manifiestan sin que exista ningún contacto entre
los cuerpos. Este hecho se interpretará admitiendo que cada carga modifica las propiedades del medio que la rodea estableciendo
un campo eléctrico, análogo al campo gravitacional producido por la masa, si colocamos una carga q dentro de este campo, éste
ejercerá sobre la carga una fuerza de atracción o de repulsión, el campo eléctrico se puede calcular con la expresión: 𝐸 =
𝐹
𝑞
y si es
producido por una carga 𝐸 =
𝑘𝑞
𝑟2
Líneas de fuerza.
Este concepto, introducido por Faraday, permite visualizar la dirección de un campo eléctrico y en cierto sentido su magnitud. Se
dibujan líneas continúas dirigidas tangentes en la dirección del campo eléctrico en cada punto, las cuales empiezan en las cargas
positivas y terminan en las negativas.
3. APLICACIÓN
Problemas.
1. Se consideran dos cargas de 6x10-6
c y -2x10-6
c separadas 0,6m. Determina: a) la fuerza total ejercida sobre una tercera carga de
5x10-6
c colocada en la mitad de la recta que une las dos cargas anteriores, b) el campo eléctrico en el sitio donde esta colocada la
tercera carga.
2. Dos cargas de 6x10-6
c y 8x10-6
c están colocadas formando un ángulo de 90º, separadas del vértice 0,3m cada una. Calcule: a) el
campo eléctrico en el vértice, b) la fuerza sobre una carga de 5x10-6
c colocada en el vértice.
3. Un cuerpo de masa 6gr y 2x10-6
c está en equilibrio dentro de un campo eléctrico. Determine la dirección y magnitud del campo
eléctrico.
4. Se coloca una partícula de 2x10-30
kg y de carga 10-19
c, sin velocidad inicial, dentro de un campo eléctrico de 10-3
N/C. calcule su
velocidad después de recorrer 1m.
5. Una esfera de masa m y carga q está suspendida de un hilo que forma un ángulo θ con la vertical por la acción de un campo E
horizontal. En el equilibrio demuestre que: 𝐸 =
𝑚𝑔𝑡𝑎𝑛𝜃
𝑞
6. Dos esferas de igual masa y carga cuelgan de dos hilos unidos en uno de sus extremos. Demuestre que: 𝑡𝑎𝑛𝜃 =
𝑘𝑞2
𝑚𝑔𝑥2
7. Un electrón de carga e y masa m, sin velocidad inicial, se sitúa dentro de un campo eléctrico E horizontal. Demuestre que la
distancia que recorre en t segundos es: 𝑥 =
𝐸𝑒𝑡2
2𝑚

4. 8. Un electrón de carga e y de masa m, con velocidad inicial v0 entra en un campo eléctrico E vertical. Demuestre que la trayectoria
seguida por el electrón es una parábola de ecuación: 𝑦 =
𝑒𝐸𝑥2
2𝑚𝑣0
2
9. Un electrón e de masa m tiene un MCU de radio r, alrededor de un protón. Demuestre que la velocidad del electrón es: 𝑣 =
(
𝑘𝑒2
𝑚𝑟
)
1
2
10. Dos cargas de -8uc y 12uc separadas 8cm. Determine la fuerza resultante sobre una tercera carga de -4uc colocada en la mitad
de las otras.
VIDEOS EXPLICATIVOS.
https://youtu.be/5UaROiyqxSY
https://youtu.be/nNZKV877yYw
https://youtu.be/CbhjqAvubLc
https://youtu.be/dHe5AM77OZA
https://youtu.be/b7auEEgvmkI
https://youtu.be/H0iXafXJCHg
IV. EVALUACIÓN:
Se realizará un taller de esta guía, en el cual se evaluarán los procesos utilizados en la solución de las actividades, la
apropiación de las operaciones básicas con los diferentes sistemas numéricos, el orden y coherencia en las operaciones.
V. RECURSOS
Guía explicativa.
Vídeos explicativos
VI. BIBLIOGRAFÍA
Física II, Michel Valero, Ed Norma.
Física 11, Olga Romero, Ed Santillana.
OBSERVACIONES Y ANEXOS