¿Cómo calcular la fuerza entre líneas de cargas?

Hasta donde yo sé, la ley de Coulomb solo funciona para cargas puntuales, pero ¿y si no hay cargas puntuales? Por ejemplo, imaginemos que hay tres rectángulos con diferentes tamaños. El primero mide 50 cm, el segundo mide 30 cm y el último mide 10 cm. La distancia entre el primer y el segundo triángulo es de 10 cm y la distancia entre el segundo y el tercer rectángulo también es de 10 cm. Si sus centros son colineales, ¿cuál es la fuerza neta que actúa sobre el segundo rectángulo? ¿Debo calcularlo pensando en sus centros como una carga puntual? Lo busqué pero no pude encontrar una respuesta clara.

Aquí está la imagen del problema para aquellos que no pudieron entender de mi explicación.

Cargos

Supongo que piensas en masas puntuales cuando mencionas la Ley de Coulomb. Echa un vistazo a en.wikipedia.org/wiki/…
@Lord_Gestalter Estoy tratando de entenderlo. ¿Podría mostrarme cómo puedo aplicarlo a las preguntas? Digamos que el área del primero es de 500 cm^2, la del segundo es de 300 cm^2 y la del último es de 100 cm^2. ¿Cómo puedo aplicarlo a esta pregunta?
Si las distancias fueran grandes con respecto a la distribución de cargas se podría utilizar la carga puntual como aproximación. Esto no se da aquí. Lo siento, tengo prisa, de lo contrario no habría sido un comentario sino una respuesta ;-)

Respuestas (1)

Depende de cómo se distribuyan las cargas en el material y de la conductancia del material. Si tiene un metal, las cargas de las placas serían móviles y darían como resultado una distribución difícil de calcular. No puedo ayudarte con eso. Probablemente haya buenas aproximaciones para abordar ese tipo de problemas, pero no soy un experto.

Si las cargas son estáticas e igualmente distribuidas entre la superficie, y el material tiene una permitividad relativa ( ε r = 1 ), puede usar la ley de Coulomb con respecto a partes infinitesimales de las cargas e integrar sobre ellas.

Si supones que los rectángulos tienen un ancho de 10 C metro , la fuerza de la placa superior sobre la placa intermedia podría calcularse mediante

F ^ 12 = 1 C 2 4 π ε 0 25 C metro 25 C metro d X 1 50 C metro 20 C metro 30 C metro d y 2 10 C metro 15 C metro 15 C metro d X 2 30 C metro 0 C metro 10 C metro d y 2 10 C metro 1 ( X 2 X 1 ) 2 + ( y 2 y 1 ) 2 ( X 2 X 1 y 2 y 1 )

Como puede ver, esto ya es bastante complicado con las suposiciones favorables que hicimos. Esto debería tener una solución analítica pero por el momento me da pereza hacerlo. Wolfram Alpha probablemente podría hacer las integrales separadas y tendrías que juntarlas. Luego podría comparar el resultado con lo que esperaría de las cargas puntuales.

Ahh, y no olvides que también está el otro plato. Debería repetir la integración con signo opuesto para obtener la segunda fuerza y ​​luego tomar la diferencia para la fuerza total.

Gracias por la respuesta. Solo quiero saber que si simplemente calculo la fuerza pensando en los centros de los objetos como cargas puntuales, ¿qué tan precisa sería mi respuesta?
Como ya mencionó Lord_Gestalter, los objetos tendrían que estar mucho más separados que su extensión física para que esa aproximación funcione de manera confiable. En tal caso, la respuesta sería bastante pobre.
Y una cosa más... ¿Puedo usar la ley de Gauss como E=ρ/2ε0 para calcular el campo eléctrico y luego calcular la fuerza por F=qE?
Esa es solo la aproximación monopolar del campo del objeto. Obtendrías el mismo resultado si supusieras que los objetos son puntos, porque eso es lo que es un monopolo: un punto.
¿ Entonces esto está mal? Lo siento mucho por mi ignorancia. Soy bastante nuevo en este tema.
No, no es. Usan otra aproximación: La del plano infinito. Esa aproximación podría usarse para calcular el campo eléctrico entre las losas, si su distancia entre sí fuera mucho menor que su tamaño respectivo.