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Soy Walter Lewin.
Mis conferencias en general no seran
una repetición de su libro, sino
que serán complementarias al mismo
El libro será el soporte de mis conferencias
Mis conferencias seran soporte para el libro
Ustedes no verán ninguna derivacion
tediosa en mis conferencias
Para ello contamos con el libro.
Pero hare hincapié en los conceptos
y tratare que vean más allá de
las ecuaciones,
más allá de los fundamentos.
Yo les mostraré,
les guste o no
que la física es hermosa.
Y tal vez comience a gustarles.
Le sugiero que no se atrasen,
ni siquiera un día,
Este Curso 8.02 no es fácil.
Tenemos conceptos nuevos cada semana
y antes que lo noten quedarian
muy retrasados.
La electricidad y el magnetismo estan
en todo lo que nos rodea.
Tenemos luz eléctrica.
relojes eléctricos.
micrófonos, calculadoras,
televisores.
Reproductores de video, radios, computadoras.
La Luz en sí misma es un fenómeno
electromagnético como las ondas de radio.
Los colores del arco iris en
el cielo azul están allí debido
a la electricidad.
Y se los voy a mostrar a ustedes
en este curso.
Coches, aviones, trenes
sólo pueden funcionar debido a la
electricidad.
Los caballos requieren electricidad
para sus contracciones musculares
Vuestro sistema nervioso es impulsado por
electricidad
Los átomos, las moléculas,
todas las reacciones químicas
existen debido a la electricidad.
No se podría ver sin
electricidad.
Sus corazones no latirian
sin electricidad.
Y ni siquiera podrían pensar
sin electricidad,
aunque reconozco que,
incluso con electricidad,
algunos de ustedes tienen
dificultades para eso.
La imagen moderna de un átomo
es un núcleo que resulta muy pequeño
en comparación con el tamaño del atomo
El núcleo tiene protones que
poseen carga positiva y
tiene neutrones que no poseen carga
La masa del protón es
aproximadamente la misma que
la masa del neutron
6,7 por 10 elevado a la -27
[Kilogramos]
Disculpas, es 1,7 en lugar de 6,7
Las cargas positivas estan aquí en el nucleo
junto con los neutrones,
y luego tenemos los electrones en una
nube a su alrededor.
Y si el átomo es neutro
el número de electrones y el
número de protones es el mismo.
Si usted extrae un electrón de un
atomo neutro, se obtiene un ión positivo.
Si se agrega un electrón a un
atomo neutro, se obtiene un ion negativo.
La carga del electrón es la misma
que la carga del proton
Por eso el número de electrones y protones
es el mismo para un átomo neutro.
La masa del electrón es
alrededor de 1830 veces más pequeña
que la masa del protón.
Es por lo tanto despreciable
en la mayoría de los casos.
Toda la masa de un átomo
está en su núcleo.
Si tomo seis mil millones de átomos
alineados unos junto a otros,
(elijo seis mil millones por ser el número
de personas en la Tierra)
Entonces sólo tendría una longitud
de 60 cm
Eso nos da una idea de lo pequeño que
son los átomos.
El núcleo tiene un tamaño de alrededor de
10 elevado a la -12 centímetros.
Y el átomo mismo es unas
diez mil veces más grande.
La nube de electrones se extiende
hasta unos 10 a la -8 centimetros
Y si alínean seis mil millones de atomos
solo ocuparan 60 cm
Ya en el siglo VI antes de Cristo,
se sabía que si se frota
ámbar, este puede atraer pequeñas
hojas secas. Y la palabra griega
para el ámbar es "elektron"
De alli es donde la electricidad
toma su nombre
En el siglo XVI se conocian más
sustancias con esta propiedad.
Por ejemplo, vidrio y azufre.
Y también era conocido y
escrito que cuando la gente se
aburria en las fiestas, entonces las mujeres
frotaban sus joyas de ámbar
y con ellas tocaban algunas ranas
que a continuación comenzaban
a saltar de la desesperación
La gente lo consideraba divertido,
sin comprender en realidad
que le estaba sucediendo al ámbar,
ni lo que estaba pasando a las ranas
En el siglo XVIII se descubrió que
habia dos tipos de electricidad.
Uno si se frota vidrio y
otro si se frota goma o ambar
Vamos a llamar a uno A y al otro B
Se sabía que un A repele a un A y que
un B repele a un B, pero que un A atrae a un B.
Y fue Benjamin Franklin
sin ningún conocimiento de
electrones y protones
que introdujo la idea que todas las
sustancias estan recorridas con
lo que él llamó un fluido eléctrico,
o un fuego eléctrico.
Y él dijo, si adquieres un exceso de
este fluido, entonces usted quedara
con carga positiva.
Y si tienes una deficiencia de ese fluido
entonces usted está
con carga negativa.
Él introdujo la convención de signos
y decidió que
si se frota vidrio, se obtiene un
exceso de fuego que definio como positivo
Ustedes verán más adelante en este Curso
qué para esta elección había una
probabilidad del cincuenta por ciento
que no resulto apropiada, y lamentable,
tenemos que vivir con ella.
Así que si transportan este fluido
de acuerdo con Benjamin Franklin
y lo llevan de una sustancia a otra, entonces
el que gana fluido en exceso
pasa a estar cargado positivamente, pero
de forma automática
como consecuencia
el que cede fluido queda
cargado negativamente
Y esta es la idea detrás de la
conservación de la carga electrica.
Ustedes no pueden crear cargas.
Cuando separan cargas positivas de signo "más"
automáticamente surjen cargas negativas
de signo "menos".
Más y más se repelen entre sí.
Menos y menos se repelen entre si
Más y menos se atraen.
Y fue Benjamín Franklin en sus experimentos
quien también notó que
a mayor fluido se consiguen mayores fuerzas
a mayor proximidad entre los objetos cargados ,
se tienen mayores fuerzas
Y que hay algunas sustancias
capaces de transportar este fluido
transportar este fuego
que se llaman conductores.
Si tengo una varilla de vidrio como ven
aquí y la froto entonces
se carga positivamente como
acabamos de discutir.
Así que aquí dibujo la varilla y la froto
con un paño de seda.
Se carga positivamente.
¿Qué pasa ahora a un objeto
que se acerca a esta barra?
y voy a comenzar acercando un conductor.
Y la razón por la que elijo un conductor
es que los conductores
tienen una pequeña fracción de
electrones que se liberan de sus atomos
y pueden moverse libremente
por todo en el conductor.
Eso es caracteristico para los
conductores, para los metales.
Pero no es el caso de los no conductores donde
los electrones estan fijos a sus atomos individuales
Así que aquí tenemos una cierta fracción de
electrones que pueden moverse o vagar
¿Qué va a suceder con estos electrones?
Se veran atraídos
por estas cargas positivas.
Positivo y negativo se atraen.
Y ya que algunos de estos electrones
pueden moverse libremente, se moverán
en esta direccion, por lo que dejaran
cargas positivas aqui atrás.
A este proceso lo llamamos inducción.
Ustedes obtienen una especie de polarización.
Una separacion de cargas.
Es un efecto muy pequeño,
tal vez sólo un electron cada
10 elevado a la 13 electrones
originalmente aquí, logran desplazarse alli
pero eso es todo lo que se necesita.
Así que tenemos una polarización y
conseguimos un poco más de carga negativa
en el lado derecho de lo que
se tiene en el lado izquierdo.
Y lo qué va a pasar es que,
como la fuerza de atracción entre estos dos
es más fuerte que la fuerza de repulsión
entre estos dos
porque la distancia es más pequeña
y Franklin ya nos había explicado que
cuando la distancia es más corta
se generan mayores fuerzas.
Lo que va a pasar es que, si este objeto
esta libre para moverse, lo hara hacia la barra
Y esto es lo primero
que me gustaría que ustedes vean.
Tengo aquí un conductor que consiste
en un globo lleno de helio
Voy a frotar esta varilla con un paño de seda
Y a medida que la aproxime a ese globo
verán que el globo
sera atraido a la barra.
Luego trataremos de cargar el globo
tocandolo con la varilla varias veces
Tomará un tiempo quizás
porque la propia varilla es
no conductora.
No es tan fácil conseguir que
intercambien carga entre los dos.
Pero si lo repito un tiempo suficiente,
puedo hacer que el globo se cargue positivamente
A continuación, los dos seran positivos.
Y entonces se repeleran mutuamente
Pero primero veamos la parte correspondiente
a la induccion donde observaran al globo
aproximandose a la varilla de vidrio.
Estos experimentos funcionan mejor
en el invierno, cuando el clima es seco.
No funcionan tan bien cuando el aire
es húmedo por lo que es un buen momento para
enseñar este Curso 8.02 en el invierno.
Ahi vamos esto deberia estar
cargado positivamente ahora.
Y el globo quiere venir
hacia al vidrio.
¿Ven eso?
Muy claramente.
Vamos nena (risas) OK
Ahora voy a tratar de conseguir que este
globo tambien se cargue positivamente
provocando un intercambio de electrones
que vayan desde el globo a la varilla de vidrio
Pero como el vidrio no es un buen conductor
en si mismo
no siempre resulta tan fácil conseguir
dicho intercambio de carga entre ambos
Bien vamos a ver si hemos logrado ahora
que el globo haya tomado carga positiva
al igual que la varilla de vidrio
Si ese es el caso, entonces sera repelido
Y ustedes ven eso muy claramente.
Para mostrarles ahora que hay en realidad
dos tipos diferentes de electricidad
frotare una varilla de goma con un paño de
piel de gato que es lo tradicional para este caso
No sé por qué, se usa seda para el vidrio
y piel de gato para la goma
entonces esto se carga negativamente.
Recordemos que hay dos tipos de electricidad
Y como este globo
quedo cargado positivamente
Ahora se acercara a mí.
Así que han visto
claramente por primera vez que,
hay dos diferentes tipos de electricidad
La convencion de asignar una carga positiva
para la varilla de vidrio
y una carga negativa a la varilla de goma
son las sugeridas por Franklin
Ahora ustedes pueden pensar, que si yo
me aproximo a un globo no conductor
con la misma varilla de vidrio
y tengo aqui un globo no conductor.
Pensarian que no tiene por que
aproximarse a la varilla de vidrio
ya que carece de electrones libres
que puedan moverse.
Así que, sin electrones que puedan
moverse libremente, no conseguiremos
ni polarización ni induccion.
Pero eso no es así.
Y esto es en realidad bastante sutil.
Tienen que mirar ahora en la
escala atómica.
Si tomo un átomo como el que esta aquí.
Ustedes tienen carga positiva aqui
y los electrones alli en una nube
alrededor del núcleo positivo.
Si acerco una varilla de vidrio
con carga positiva,
estos electrones que estan atrapados
en sus átomos,
y no pueden moverse libremente, como en
un conductor, pasarán sin embargo
un poco más de tiempo en el lado donde
esta la varilla de vidrio debido a que
se sienten atraídos por la barra de vidrio
mientras que los núcleos,
se mantendran lejos de
la varilla de vidrio,
así, lo que vamos a ver es que
si comenzamos con un átomo esférico, supongamos
que se tratara de un átomo o de una molecula
con formas esféricas, entonces,
las moleculas se van a reordenar
de una forma como esta y los
electrones pasaran un poco
más de tiempo aquí que lo que pasaran por alli
y eso significa que tengo una especie
de polarizacion a nivel de ese átomo.
Si los electrones pasan más
tiempo en este lado del átomo
que en este otro lado también se
crea el fenómeno llamado induccion
y espero que, por lo tanto este lado
se hace más negativo que el otro.
Y les puedo mostrar esto de una forma
muy buena con una transparencia
Aqui tengo signos más y signos menos
Exactamente el mismo número de
signos más que de signos menos.
Por lo que representan atomos neutros
Ahi pueden verlos.
Boy. Esta un poco sucia, pero tal vez
puedo limpiarla un poco. OK
Adonde estamos. OK ahi vamos
Les aviso que las cantidades de signos mas
y de signos menos son iguales.
Piensen en cada signo más y cada signo menos
como si fueran un átomo neutro.
Sólo una representación.
Ahora estoy sosteniendo una varilla de vidrio en
este lado, que tiene carga positiva
Y como en cada átomo, los electrones
querran ir un poco hacia este
lado, y como el núcleo se mantiene detras
Si cada átomo hace lo mismo, esto es
lo que va a pasar.
Tengamos en cuenta que
en el medio de la sustancia
sus cargas más y sus cargas menos
se anularan entre si de nuevo.
Pero en el lado derecho se ha
creado una capa de carga negativa
y en el lado izquierdo se
ha creado una capa de carga positiva
Y así, de esta forma obtienen de nuevo induccion
Así que incluso en los objetos no conductores
un lado se torna negativo
y el otro lado a la vez,
se torna positivo. Por lo tanto si
me aproximo a un globo no conductor
con una varilla de vidrio
tambien vere que el globo
se aproximara mí.
Y fácilmente puedo mostrarselos
No hay ninguna diferencia
si elijo vidrio o
si elijo goma.
Puedo hacerlo con ambos.
Los globos no conductores
tienen siempre un problema potencial.
El problema es que pueden estar cargados
por si mismos al igual que
los globos de metal
Sin embargo, si toco el globo de metal
entonces cualquier carga que tenga
fluira inmediatamente a tierra a través de mí
Debido a que este es un conductor.
Recuerden que el fluido eléctrico
puede ser conducido por un metal
pero no por un no conductor.
Así que con este globo es más dificil
Incluso si lo beso y lo toco
no está claro que podre retirar
toda la carga afuera.
De hecho, haciendo esto, incluso
puedo estar empeorando las cosas.
Esperemos que no haya quedado mucha carga
y vamos a aproximarlo
con esta varilla de vidrio a ver
si puedo convencerlos que
de hecho se aproximara a la barra
no por los electrones libres,
sino debido a ese proceso
Oh, muchacho. Ho
Y también debería pasar lo mismo
Con la varilla de caucho. Espero
Aunque si quedo negativo se alejaria
Quedo con carga negativa.
Al tocarlo, posiblemente ha quedado
cargado negarivamente y
no puedo hacer nada al respecto.
Muy difícil de conseguir
retirar su carga afuera.
Yo ya tenía la sospecha cuando
Me acerqué a él con la varilla de vidrio
pues estaba demasiado ansioso
y atraido por llegar al vidrio.
Aún con carga negativa.
Asi son las cosas.
No es porque falla la demostración
sino porque el
globo queda cargado
y renunciaremos a continuar porque
es un globo no conductor.
La fricción puede producir una carga eléctrica
y eso es exactamente lo que
pasa cuando toco este
balón y trató de descargarlo
A través de la fricción, en realidad puedo
estar cargandolo.
Si tomo estos globos de fiesta
que todos ustedes pueden haber visto
y sólo los froto en la
camisa o en los pantalones
se adhieren a la mano.
Ellos tienen carga sobre ellos.
No se si es positiva o negativa
No me acuerdo.
Ni es importante
Y así, cuando yo los llevo a mi mano
mi mano no es una buena
conductora pero se consigue la inducción,
este fenómeno que acabamos de
discutir y así se atraen los dos entre si
Lo positivo y lo negativo
se atraen mutuamente
Pueden pegarlo en el techo.
Pueden pegarlo en el pizarron
pueden decorar su habitación
Es muy bonito, no es asi ?
Todo lo que usted pueden hacer ahora
gracias a este Curso 8.02
Ahora bien, estos globos mas pesados
pueden ser un poco más difíciles
También estoy usando algodón.
Si fuera nylon o poliéster
seria mejor, mucho más fácil conseguir oh
eso es bueno, eso es algo bueno,
Creo que necesitamos uno azul.
Ahi vamos.
Así que ya ven, la fricción causa electricidad
Eso ocurre, por supuesto, cuando la seda
frota al vidrio y cuando la
piel de gato frota a la goma
Creamos carga en cada uno.
Por supuesto, si ustedes hacen que el vidrio
se cargue positivamente la seda quedara
automáticamente cargada negativamente
Al peinar el cabello pueden
haber notado cuando el tiempo esta seco
que escuchan algunos crujidos o ruidos
"Cracking noise" significa ruido de chispas.
Y ustedes aprenderán todo sobre chispas
en este curso, aunque no sera en el dia de hoy.
Pero pueden oirlas si esta muy silencioso.
Y mientras hacen esto, se carga el peine.
Puedo oír el crujido.
Interesante.
Así que el peine se ha cargado ahora.
Probablemente yo tambien
Ahi vamos.
No es tan bueno como la varilla de vidrio
pero la misma idea.
Si ustedes se quitan su camisa, y lo hacen
en un lugar oscuro como vuestro dormitorio
y estan delante de un espejo
tendran una experiencia sorprendente.
Y me encantaría hacerlo para Ustedes
Pero ya les dije que estoy vistiendo algodón
y no funciona con algodón.
Ustedes realmente tiene que hacerlo con una
camisa de nylon.
Y cuando ustedes toman la camisea de nylon
no sólo escucharan el sonido de los
crujidos, sino que ustedes veran en realidad
el brillo de estas diminutas
pequeñas chispas.
En realidad son como una bombilla de luz.
Es un experimento que
no se pueden perder.
Y les sugiero que intenten
hacerlo este fin de semana.
Háganlo con un amigo.
Eso es aún más divertido [Risas]
Todos tal vez tienen en mente
cuando regresan de caminar.
luego de nuestras tareas normales
durante el día.
Hay alfombras en las habitaciones
queremos salir de la habitación
tocamos el picaporte de la puerta
y recibimos un choque eléctrico.
Es una chispa que vuela por encima.
Es electricidad.
Incluso cuando se toca a una persona
Se siente a veces este choque.
Cuando Ustedes cocinan, y extraen el
nylon marca Saran Wrap de su rodillo
simplemente no quiere salir,
porque mientras lo giran hacia afuera
hay fricción y se carga.
Se pone arrugado a menudo
y es muy molesto,
muy difícil de manejar.
Todos ustedes han experimentado esto.
También celofán alrededor de las cajas
de chocolate sucede lo mismo
cuando se lo quitan, se carga
les guste o no.
Ahora quiero hacer un experimento
y necesito un voluntario.
Necesito un estudiante que en realidad
este usando ropa que preferiblemente no sea
de algodón, pero creo que Simon
tiene una maravillosa parka de nylon
Así que si usted está dispuesto a
sacrificarse un poco por el bien de
la ciencia, venga hasta aca y sientese alli.
Sólo relájese
Asegúrese de que sus pies no están
tocando el piso o la tierra.
Aceptado.
Entonces, ¿qué voy a hacer ahora ?
Voy a golpear a Simón
con una piel de gato.
Y mientras lo golpeamos con esta piel de gato
el se cargara y como yo no quiero
que sea la única persona que sufre
en virtud del presente experimento
yo también me mantendre en
un taburete aislado, por lo cual
si Simon se carga, por ejemplo,
no se si positiva o negativamente
yo obtendre una cantidad de carga similar
Así que compartiremos la carga.
Y mientras lo golpeo, Usted
se cargara más y más
Y yo me cargare más y más
y entonces
tendremos que convencer a la clase
que ambos estamos cargados.
Y lo haremos de una manera que espero
resulte muy convincente
Dejénme comenzar pegando despacio, de a poco
Para que te sientas como en casa.
Nos conocemos, no es correcto ? OK
Ahora, por supuesto, como les he mencionado
estos experimentos funcionan mejor
cuando esta seco, por lo que si el ambiente
esta demasiado humedo no va a funcionar.
Trata de no sudar demasiado,
ya que no funcionaria bien
Así que estamos listos? [Risas]
Tengo aquí en mi mano un tubo de neón, tipo flash
Y aunque no estudiamos aun el
concepto de voltaje porque
aprenderán esto mas adelante en este Curso
Les adelanto que, para conseguir un buen flash
como este, se necesitan unos
pocos miles de voltios.
Y para poderlo ver, haremos un poco
de oscuridad y yo sostendre
el tubo de descarga de neón con una mano
y Simón tocara el otro extremo
Y si hemos tenido suerte, entonces
podran ver algo de luz.
Así que Simon, mirame en primer lugar,
no lo toques aun, ya que
vamos a bajar la iluminacion
Sabes dónde está ? Está ahí. Bien
Que sea un poco más oscuro Marcos.
Tocalo ahora.
Tocalo.
Bien, intentalo de nuevo,
tocalo de nuevo.
Aceptamos
Gracias.
¿Podemos tener algo de luz.
[Aplausos] Muchas gracias.
Cargas iguales se repelen entre sí.
Se los he mostrado
en las demostraciónes con los globos.
Aquí tenemos un instrumento
que se llama Van de Graaff.
Es el nombre del Profesor
Van de Graaff, quien lo inventó.
Se trataba de un profesor del MIT.
Y este instrumento, que no voy a discutir
en detalle ahora, porque entiendo que
lo veremos mas adelante en este Curso
Por supuesto, que les voy a contar todo
sobre el Van de Graaff más tarde.
Basta que piensen en este instrumento
como una barra de "Super ámbar".
Aunque no estudiamos todavía
el concepto de voltaje
Les he mencionado que, generamos
miles de voltios entre Simon y yo.
Para este instrumento deben pensar en términos
de varios cientos de miles de voltios.
Así que este instrumento
no viene sin peligro.
Por eso, por supuesto, se torna
más emocionante trabajar con él.
Así que es una varilla de "Super ámbar"
Ahora, lo que voy a hacer primero es
poner un poco de papel picado en la parte superior
y cuando encienda el Van de Graaff
el confeti, al principio sera atraido
por la cúpula esferica o domo cargado,
ubicado en la parte superior.
Pero cuando el confeti logre tomar cargas
se rechazaran unos con otros y se esparsiran
pues se repelen mutuamente.
Así que vamos a reducir algo la luz
Un poco menos de luz para verlo mejor.
Pondre un poco en la parte superior.
Es solo confeti regular,
pedazos de papel.
Muy bien ahora todo lo que tengo que recordar
es cómo encender al Van de Graaff
Uh, la mayor parte de la acción ya ha ocurrido
Voy a poner un poco más [Risas]
Si ustedes ven chispas [Risas]
no se preocupen todavía [Risas]
Pongo un poco más y me exdedi
Uh, no queda nada para la segunda clase [Risas]
Voy a hacer tal vez un poco mas oscuro
Ah, eso es demasiado oscuro [Risas]
Acepto asi.
Vamos a intentarlo una vez más
OK, miren el confeti en
la parte superior.
Creo que es bastante convincente.
Algunos de los confeti se quedarán allí.
Bueno, la razón es por que
al no ser un buen conductor
si al principio es atraido pero no toma
suficiente carga del
Van de Graaff entonces no se
esparciran hacia fuera.
OK.
Ahora ya es tiempo de ponernos
por primera vez un poco más cuantitativos.
Si tomo dos cargas y usare en general
para ellas el simbolo "q"
Así que aquí tenemos una q1.
Y aquí tenemos q2.
Y vamos a decir que están separados
por una distancia "r".
Y el vector unitario en la direccion
de q1 a q2 que yo llamo
r12 (con sombrero)
El sombrero es sinónimo de versor unitario
Si estas cargas son iguales,
ambas de signo menos o ambas de signo más,
entonces se repeleran entre sí
y asi tendre aqui una fuerza F
que indicare con F12
Es la fuerza en q2 debido a q1
Y como accion es igual a menos reacción
tendremos aca una F21 de igual magnitud
pero ciento ochenta grados en
dirección opuesta.
Coulomb, físico francés,
quien hizo un gran trabajo de investigación en
este campo durante el siglo XIX,
corrijo en realidad, siglo XVIII.
Coulomb encontró lo siguiente
relación.
Que la fuerza F12 es proporcional
al producto de las dos cargas
q1 veces por q2.
por una constante que en la actualidad
denominamos constante de Coulomb "K"
Dividido por la distancia entre las
dos cargas "r" elevada al cuadrado
y apunta en la dirección del vector unitario r12
que va desde q1 a q2.
Resulta importante el sentido
Esta es la fuerza en q2 debida a q1
Esta ecuacion es dependiente de los signos
Si ambas cargas son negativas
la fuerza sera en esta direccion y
si ambos son positivas
la fuerza tambien resulta en
esa misma direccion
Sin embargo, para el caso de una carga
positiva y otra negativa, el producto
es negativo y entonces el signo
se da vuelta
y a continuación, obviamente,
también la fuerza se da la vuelta.
En las unidades del Sistema SI
que usaremos en este curso, la unidad de carga
recibe el nombre de Coulomb
en honor a este gran hombre.
Una carga de 1 Coulomb es una
cantidad tremenda de carga.
Más de lo que vean en toda su vida.
Por lo general trabajaremos con micro Coulombs,
a veces incluso menos que eso.
La carga de un protón,
que es exactamente la misma que
la carga de un electrón,
es de aproximadamente 1.6 por
10 elevado a la -19 Coulombs
Así que un Coulomb contiene algo asi como
como 6 por 10 elevado a la 18
protones o electrones si la carga es negativa
Esta constante K en unidades del Sistema SI es
9 por 10 elevado a la 9
Y la unidad se puede deducir
porque ustedes saben que
aca tenemos Newtons, esto es coulomb al
cuadrado y esto es metros al cuadrado.
Así que la unidad es Newton por metro cuadrado
dividido por Coulomb al cuadrado
Pero eso no es tan importante.
Nadie lo piensa de esta manera.
Por razones históricas que
pueden llegar a ser un dolor en el cuello para Uds
escribimos K como 1 dividido por 4 (pi) (epsilon 0).
No hay nada mágico sobre eso
Es sólo una razón histórica.
Y así, 1 dividido por 4 (pi) (epsilon 0)
es igual a 9 por 10 elevado a la 9
Esto es lo que importa.
Este épsilon 0 tiene un nombre
se llama la Permitividad del Espacio Libre
Pero uno puede olvidarse de eso.
No es importante el nombre.
Tengan en cuenta que existe un claro
Paralelismo con la gravedad.
En la ley de Newton de la gravedad
la fuerza, que en ese caso es
siempre atractiva,
pues la gravedad no repele,
es el producto de dos masas
y entonces ustedes tienen aquí la
constante gravitacional y otra vez
la distancia al cuadrado.
Así que hay un enorme paralelismo
entre las dos fuerzas.
Hay una gran belleza en la forma
que actua la electricidad de una manera
muy similar a la forma en que
funciona la gravedad.
Si ahora agrego una tercer carga q3,
por ejemplo aquí
y ahora si quiero
saber cuál es la fuerza sobre q2,
entonces puedo usar el Principio de Superposición
que hemos aplicado muchas
veces durante el Curso 8.01
y diremos OK, la fuerza neta sobre q2
es la fuerza debida a q1,
más la fuerza debida a q3
Si q2 es positiva, q1 es posiriva pero
q3 fuera negativa
entonces esta fuerza F32 sería en esta
dirección,
y luego la fuerza neta sobre q2 seria
la suma vectorial de estas dos fuerzas.
Es evidente la validez del
Principio de Superposicion ?
No del todo, no resulta evidente en absoluto.
¿Creemos en él?
Sí que lo hacemos.
¿Por qué creemos en el?
Porque es coherente con
todos los experimentos que hemos realizado
Pero el principio de superposición
que es muy poderoso
no debe aceptarse
como una cuestión de rutina.
Pero funciona. Siempre se puede utilizar.
Y lo haremos
Si se compara el Curso 8.01 con el
Curso 8.02
O sea comparamos a la electricidad
con la gravedad
se opbserva que las fuerzas eléctricas son
mucho más poderosas que
las fuerzas gravitacionales.
Y la mejor manera de mostrarselos
es a través de dos protones
que están en una distancia "d" de separación
Aquí está un protón "p" y aquí otro protón "p"
ambos separados por una distancia "d".
Se repelen entre sí. Y la fuerza por
la cual se repelen mutuamente
es por supuesto,
muy fácil de calcular.
Conocemos la ley de Coulomb.
Esta ley es llamada asi, debido a Coulomb
la fuerza eléctrica con la que
se repelen entre sí
esto es sólo la magnitud
de la fuerza, que nos interesa por ahora,
es la carga del protón
que resulta 1,6 por 10 elevado a la -19
Tengo que elevarlo al cuadrado y
multiplicar por la constante de Coulomb K,
que es de 9 por 10 elevado a la 9,
y dividirlo por "d" elevado al cuadrado
Esta es la fuerza eléctrica.
Si quiero conocer la
fuerza gravitacional,
que es la fuerza con la que se atraen entre sí,
la fuerza electrica es de repulsion y tome la magnitud
entonces tengo que tomar la
masa del protón,
que es de 1,7 por 10 elevado a la -27
tengo que elevarlo al cuadrado
Recuerdan "m1" veces "m2" veces la
constante gravitacional "G".
La constante gravitacional en
Unidades del SI es de 6,7 por 10 elevado a la -11
y debo dividir por "d" elevado al cuadrado.
Si ahora comparamos la fuerza eléctrica
con la fuerza gravitacional
divido una por la otra, observen
que "d" se cancela
ya que ambas tienen "d" elevado al cuadrado
en el denominador
Y de esta manera podrán mostrar facilmente
que esta proporción es más o menos de
10 elevado a la 36
Así que la fuerza eléctrica es
treinta y seis órdenes de magnitud
más potente que la fuerza gravitatoria
Esto les enseña un poco de respeto
tal vez por el Curso 8.02
Si éstas fueran las únicas fuerzas
que actuaban en los protones y los
los llevan hacia el núcleo
que tiene un tamaño
de sólo 10 elevado a la -12 [centimetros]
entonces la aceleración que experimentara
un protón
es la fuerza electrica dividida por
la masa del proton
F = m.a de donde se obtiene a =F/m
La base del Curso 8.01.
Y si ustedes toman esta fuerza eléctrica
cuando "d" es del orden de
10 elevado a la -12 [centimetros]
que es 10 elevado a la -14 [metros]
y calculan este cociente
encontraran que es de
veinte y seis órdenes de magnitud mayor
que la aceleración de la gravedad
en la Tierra
Veinte y seis órdenes de magnitud
mas alta
Entonces uno se pregunta qué demonios
mantiene unido al núcleo.
Existen tremendas fuerzas entre estos protones.
Bueno, lo que los mantiene unidos se denominan
las fuerzas nucleares,
que aun no acabamos de entender bien
pero gracias a Dios
las fuerzas nucleares no forman parte
del Curso 8.02 así que voy a dejarlas
apartadas por ahora.
Así, que es lo que mantiene unido
a nuestro mundo ?
Bien en la escala nuclear del orden de
10 elevado a la -12 [centímetros]
son muy importantes
las fuerzas nucleares
En una escala atómica hasta
miles de kilómetros,
son realmente las fuerzas eléctricas
que sostienen nuestro mundo unido.
Pero en una escala mucho mayor,
los planetas, las estrellas y las galaxias
se mantienen unidas por la gravedad.
Y ahora ustedes pueden decirme que
esto es muy inconsistente con lo que
acaba de explicarnos a nosotros, porque
¿no nos conto que "d" se cancela?
al comparan gravedad con electricidad
Si, sin embargo, la mayoria de los objetos son neutros
o muy cercanos a la posición neutral
Si tomamos a La Tierra, es muy poco probable
que en su conjunto pueda tener una carga
de más de 10 [culombios]
Y eso probablemente es una exageracion
Así que si hago uso de La Tierra y
tomo La Luna
y les asigno a ambas
una carga de 10 [coulombs]
aquí está La Tierra y
aquí está La Luna,
y puse arbitrariamente
10 [coulombios] aquí y
pongo aquí otros -10 [coulombs]
por lo que se atraerán,
pero teniendo en cuenta su distancia,
La fuerza es despreciable,
casi nada
Pero por supuesto, la fuerza de
gravedad, que es proporcional
a sus masas,
gana y en este caso particular,
si se toma La Tierra y La Luna
la fuerza gravitacional
supera a la fuerza eléctrica por
veinticinco órdenes de magnitud.
Así, aunque nuestro entorno inmediato
este dominado por
las fuerzas eléctricas,
incluyendo nuestro propio cuerpo,
el comportamiento del Universo
en gran escala, esta regido
por las fuerzas de gravedad.
Vamos a utilizar diversos instrumentos
para medir la carga en una
forma cuantitativa
y uno de los instrumentos que
podrán ver y que usaremos
a menudo en las proximas clases
se llama electroscopio.
Es un instrumento muy simple.
En general, consta sólo de
una barra conductora
que podría ser de aluminio, metal
y al final dos hojuelas delgadas,
dos piezas de papel de aluminio,
y, a menudo hay una buena perilla aqui
y si toco esto con un
objeto cargado,
a continuación, debido a que esto puede conducir
electricidad, puede transmitir el fuego
tal como lo definio Benjamin Franklin
si lo toco con un objeto
cargado positivamente
a continuación, estos objetos
se cargaran positivamente.
Si yo lo toco con un objeto
negativamente cargado,
todos se convertirán en cargados negativamente.
Y usted ve ahora aquí que estas dos
piezas de papel de aluminio muy ligero
se repeleran entre sí.
Y así verán que ambas
muestran un cierto ángulo,
y a mayor carga corresponde
mayor ángulo.
Más o menos nos da una manera de hacer
algunas mediciones cuantitativas.
Hay otros electroscopios
que no son demasiado diferentes.
Hay una barra central y
una unica hoja de aluminio colgando
allí y cuando se carga
esta hoja se apartara
a mayor carga se apartara mas
No tengo un electroscopio
ahora aquí.
Pero lo que quiero que vean es que
si me cargo a mi mismo
y sostengo en mis manos estos adornos
para el Arbol de Navidad,
de un modo que adquiero carga suficiente
sobre mí, entonces estos objetos se
repeleran hacia fuera.
Es una idea que se deduce
inmediatamente del hecho que
al recibir una cierta cantidad de carga,
ya sea carga negativa o carga positiva
lo cual no tiene importancia,
estas hojuelas iran se hacia fuera.
Y por supuesto la mejor manera que
puedo hacer esto es si yo me cargo
a mí mismo con el Van de Graaff.
Y como he dicho antes
experimentos de esta naturaleza no estan
del todo exentos de riesgos.
Y así, siempre existe la
posibilidad, por supuesto, que yo
no sobreviva a esta
demostración. [Risas]
Pero no se preocupen
porque en ese caso habrá
otra persona quien vendra a dar las Conferencias
para el Curso 8.02, salvo que
dificilmente quiera realizar esta
demostración de nuevo. [Risas]
Entonces sigan de cerca porque
puede ser la única vez que podran verlo
Así que voy a poner luz apropiada
sobre el Van de Graaff
siempre es un momento de susto para mí,
noches sin dormir pensando en el Van de Graaff.
¿Voy a encenderlo,
Marcos, o si tienes el coraje
para encenderlo?
Tu lo enciendes ?
Bien, aguarda Marcos,
esto es demasiado cerca para estar cómodo.
¿Estás listo?
¿Estás nervioso?
Ahi vamos. [Risas]
Miren las hojuelas y traten de no mirarme a mi
por favor [Risas]
Adelante.
Ahora soy un electroscopio viviente. [Risas]
Si el clima está cooperando hoy
y si yo tuviera el pelo largo seria posible
ver que mi cabello se
empieza a erizar tal como
en un electroscopio.
Podemos ver eso también.
¿Por qué no me arrojas la peluca ? [Risas] [aplausos]
¿Está funcionando?
OK, bueno, este fin de semana asegúrense
de probar quitarse una camisa de nylon
enfrente a un espejo y
disfruten de la experiencia
en vuestro hogar.
No intenten hacer esto nunca. Hasta el viernes.