FÍSICA. Resolución 1. Parte 1- Múltiple opción.

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1 Resolución 1. Parte 1- Múltiple opción. 1- Las cargas eléctricas A y B se atraen entre sí. Las cargas eléctricas B y C se repelen una a otra. Si se mantienen juntas A y C, a- se atraerán. b- se repelerán. c- una no afectará a la otra. d- Se necesita más información para contestar. 2- Las cargas eléctricas A y B se atraen entre sí. Las cargas eléctricas B y C también se atraen una a otra. Si se mantienen juntas A y C, a- se atraerán. b- se repelerán. c- una no afectará a la otra. d- Se necesita más información para contestar. 3- Las cargas eléctricas A y B se repelen entre sí. Las cargas eléctricas B y C también se repelen una a otra. Si se mantiene juntas A y C, a- se atraerán. b- se repelerán. c- una no afectará a la otra. d- Se necesita más información para contestar. Fig En la figura 1 se muestran las líneas de campo eléctrico alrededor de un dipolo eléctrico. Cuál de las flechas representan mejor el campo eléctrico en el punto P? Fig La figura 2 muestra las líneas del campo eléctrico alrededor de tres cargas puntuales, A, B y C. a- Cuáles cargas son positivas? b- Cuál tiene la máxima magnitud? c- En cuál región o regiones de la figura pudiera ser cero el campo eléctrico? A- cerca de A. B- cerca de B. C- cerca de C. D- en ninguna parte. 6- Un electrón se halla en un campo eléctrico uniforme, creado entre placas paralelas cargadas positiva y negativa. Cuándo experimentará la mayor fuerza electrostática? a- Cuando esté más cerca de la placa positiva. b- Cuando esté más cerca de la placa negativa. c- Cuando esté en la mitad de las placas. d- El electrón experimentara la misma fuerza sin importar su ubicación entre las placas. 1/6 Prof.: Soledad Portillo

2 7- El flujo a través de una superficie de área A en un campo eléctrico uniforme E alcanza su máximo cuando a- la superficie es paralela al vector E. b- la superficie es perpendicular al vector E. c- la superficie tiene forma de rectángulo. d- la superficie tiene forma de cuadrado. 8- En qué condiciones puede el flujo eléctrico Φ E obtenerse en una superficie cerrada? a- Si la magnitud del vector E se conoce en todas las partes de la superficie. b- Si se especifica la carga total dentro de la superficie. c- Su se especifica la carga total fuera de la superficie. d- Sólo si se especifica la ubicación de las cargas puntuales dentro de la superficie. 9- Una superficie esférica cerrada imaginaria S de radio R se centra en su origen. Una carga positiva +q se halla inicialmente en el origen y el flujo por la superficie es Φ E. Se agregan tres cargas más en el eje x: -3q en x= -R/2, +5q en x= R/2 y +4q en x= 3R/2. Ahora el flujo que pasa por S es a- 2 ΦE b- 3 ΦE c- 6 ΦE d- 7 ΦE e- Φ E no puede determinarse por no ser ya simétrico el problema. 10- Movemos una carga puntual negativa desde a hasta puntos finales posibles b en la figura 3. Cuál trayectoria requiere la máxima cantidad de trabajo externo para mover una partícula? 11- Se libera un electrón del reposo en una región del espacio con un campo eléctrico cero. Cuál de los siguientes enunciados es verdadero? a- El electrón empezará a moverse hacia una región de potencial más alto. b- El electrón empezará a moverse hacia una región de potencial más bajo. c- El electrón empezará a moverse en una línea de potencial constante. d- No se puede llegar a una conclusión, al menos que se conozca la dirección del campo eléctrico. Fig. 3 Parte 2- Preguntas, ejercicios y problemas. 12- La fuerza electrostática entre un electrón y un neutrón es: a- negativa y de atracción. b- positiva y de repulsión. c- cero. Fundamente. 13- Represente el campo eléctrico entre las siguientes partículas: a- dos protones. b- Un electrón y un protón. c-un protón y un neutrón. 14- Un electrón que está en un campo eléctrico de 100 N/C experimenta una fuerza, a- Determine el valor de la misma. b- Los vectores campo eléctrico y fuerza eléctrica, poseen igual dirección y sentido? Justifique. 2/6 Prof.: Soledad Portillo

3 15- Una región del espacio está permeada por un campo eléctrico. Cuando se sitúa una esfera diminuta de oro, con una carga de +50 μc dirigida hacia el sur, en un punto en particular del campo, la esfera experimenta una fuerza electrostática es de 1,0 x10-4 N. Calcule el valor del campo eléctrico y represente el mismo. 16- Dos partículas se encuentran sobre la misma equipotencial (Figura 4) del campo formado por las placas paralelas, con la misma velocidad inicial en dirección y sentido del campo. q 1 = 2,0 μc q 2 = -2,0 μc m 1 =m 2 = 4,0 x10-15 Kg v o = 2,0 x10 5 m/s La ddp entre las placas es de 50 V. a- Indicar: cual es el signo de las placas, cuál tiene mayor Fig. 4 potencial y cual es el valor del campo eléctrico. b- Si una de las cargas se detiene: cuál de ellas es? qué distancia recorre antes de detenerse? c- Qué velocidad tendrá la otra carga después de recorrer la misma distancia? 17- Dos placas metálicas planas, de 2,0 m 2 de área están situadas paralelas entre sí, son cargadas, una con + 10 μc y la otra con 10 μc. Determine el campo eléctrico entre las placas. 18- En el vacío, se tiene una lámina vertical (de 10 m x 10 m) con cargas positivas. Si existen 2,2 C de carga uniforme distribuida sobre la lámina, determine el módulo del campo eléctrico en el espacio, sobre cualquiera de los dos lados fuera de ella. 19- Calcule la densidad de carga superficial (σ) sobre una superficie conductora en la vecindad inmediata de un punto (en el vacío), en el que el campo debido a la carga es de 5,0 x10 5 N/C. 20- Si a un protón se le considera como una esfera de carga uniforme de radio 1,0 x10-5 m, cuál es el campo eléctrico justo fuera de su superficie? 21- Dos esferas metálicas cuelgan de hilos de nylon. Cuando se colocan próximas entre sí tienden a atraerse. Con base sólo en esta información, analice los modos posibles en que podrían estar cargadas las esferas, es posible que, luego de tocarse, las esferas permanezcan adheridas una a la otra? Explique su respuesta. 22- La partícula de la figura 5 tiene una carga de 3,0 µc. a- Determine el campo eléctrico en cada uno de los puntos. b- Realice el gráfico de campo eléctrico en función de distancia E= f(r). c- Es uniforme el campo eléctrico de una carga puntual? Justifique. d- Si se desea lograr una interacción de repulsión con otra partícula: I- Qué signo debería tener la partícula? II- Dónde tendrá mayor magnitud? Por qué? Fig Se coloca un protón en un campo eléctrico uniforme y luego se libera. Después se coloca un electrón en el mismo punto y se libera. Experimentan estas 2 partículas la misma fuerza? Y la misma aceleración? Se desplazan en la misma dirección al ser liberadas? 3/6 Prof.: Soledad Portillo

4 24- Cierta partícula negativa tiene carga de 3,00 nc. a- Halle la magnitud y dirección del campo eléctrico debido a esta partícula en un punto situado 0,250 m directamente arriba de ella. b- A qué distancia de esta partícula tiene su campo eléctrico una magnitud de 12,0 N/C? 25- Cerca de la superficie terrestre, el campo eléctrico al aire libre tiene una magnitud de 150 N/C y está dirigido hacia abajo, hacia el suelo. Si se considera que esto se debe a una lámina grande que yace sobre la superficie terrestre, calcule la carga en cada unidad de área de la lámina. Cuál es el signo de la carga? 26- El campo eléctrico de una carga puntual que se encuentra a 4,0 m tiene un valor de 100 N/C. Determine el campo a 2 m de la carga. Puede determinar la dirección y sentido del campo eléctrico con los datos proporcionados? Explique. Fig Considere la situación representada en la figura 6, a- Cómo podría calcularse el flujo de campo eléctrico en la superficie S? b- Cómo podría lograrse que el flujo de campo eléctrico en dicha superficie S fuese cero? Explique. 28- Se colocan cuatro cargas de igual signo en los vértices de un cuadrado. Cuál es el valor del campo eléctrico neto en el punto medio? 29- Una carga puntual de +6,0 μc se sitúa en un campo eléctrico uniforme de 1200 N/C dirigido hacia el norte. Cuál es el valor del campo neto en un punto ubicado a 20,0 cm al este de la carga? (Recuerde representar la situación). Fig Se coloca una partícula de carga q= 2,0 μc y m= 2,0 x10-9 Kg en reposo en el interior de un campo eléctrico uniforme (figura 7). a- Qué velocidad tendrá después de haber recorrido 10 cm? b- Calcule su energía cinética. 30- Si se toca con una barra con carga positiva una esfera metálica aislada inicialmente sin carga, la esfera adquiere una carga positiva neta y la barra pierde parte de su carga significa esto que se transfirieron protones de la barra a la esfera? 31- Dos cargas puntuales iguales ejercen fuerzas iguales una sobre la otra. Pero si una carga es el doble de la otra siguen ejerciendo fuerzas iguales una sobre la otra, o una ejerce 2 veces más fuerza que la otra? 32- Una partícula alfa (carga +2 e y masa 6,64 x10-27 Kg) viaja hacia la derecha a 1,50 Km/s. Qué campo eléctrico uniforme (magnitud y dirección) se necesita para hacer que viaje hacia la izquierda con la misma rapidez al cabo de 2,65 µ s? 33- a- Cuál debe ser la carga (signo y magnitud) de una partícula de 1,45 g para que ésta permanezca inmóvil al colocarla en un campo eléctrico dirigido hacia abajo y cuya magnitud es 650 N/C? c- Cuál es la magnitud de un campo eléctrico en el que la fuerza eléctrica sobre un protón tiene la misma magnitud que su peso? 4/6 Prof.: Soledad Portillo

5 34- CAMPO ELÉCTRICO DE LA TIERRA. La Tierra tiene una carga eléctrica neta que crea en los puntos cercanos a su superficie un campo igual a 150 N/C dirigido hacia su centro. a- De qué magnitud y signo debe ser la carga que un ser humano de 60 Kg tendría que adquirir para compensar su peso con la fuerza que ejerce el campo eléctrico terrestre? b- Cuál será la fuerza de repulsión entre dos personas que tuviesen cada una la carga calculada en el inciso (a) y estuviesen separadas por una distancia de 100 m? 35- Hay un campo eléctrico uniforme en la región comprendida entre dos placas planas paralelas con carga opuesta. Se deja libre el protón inicialmente en reposo en la superficie con carga positiva, el cual golpea la superficie de la placa opuesta, distante 1,60 cm de la primera, al cabo de un intervalo de tiempo 1,50 x10-6 s. a- Halle la magnitud del campo eléctrico. Fig. 8 b- Halle la rapidez del protón cuando incide en la placa con carga negativa. 36- Cada centímetro cuadrado de la superficie de una hoja plana infinita de papel tiene 2,5 x10 6 electrones en exceso. Halle la magnitud y dirección del campo eléctrico en un punto situado a 5,00 cm de la superficie de la hoja, si la hoja es lo suficientemente grande para considerarla como un plano infinito. 37- La figura 8 muestra algunas líneas de campo eléctrico debidas a tres cargas puntuales dispuestas a lo largo del eje vertical. a- Las 3 cargas tienen la misma magnitud? Justifique. b- Cuáles son los signos de cada una de las tres cargas? Explique su razonamiento. 38- Utilizando la figura 9 : (suponga que en al final de cada línea punteada se encuentra un punto) a- Representar el campo eléctrico en cada punto. b- En qué punto es mayor el campo eléctrico? Fundamentar su respuesta. c- Si se coloca un nuevo punto a la misma distancia, el campo eléctrico en dicho punto es idéntico al determinado en el apartado anterior? Justifique. d- Puede existir una fuerza eléctrica en el punto A? Explique. Fig La partícula positiva se encuentra en un campo eléctrico uniforme de 7,0 N/C. Si no se consideran otros campos. a- Puede la misma mantener una velocidad constante? Por qué? b- Represente la fuerza eléctrica sobre la partícula y calcule la misma, considere que la partícula es un protón. c- Podrá continuar en línea recta la partícula? Explique. Fig Luego de resolver un ejercicio un alumno realiza la representación mostrada en la figura 10 y determina que el campo eléctrico neto en el punto es de 5,0 N/C y que la fuerza eléctrica en dicho punto es de 5,0 N Es correcto el resultado obtenido? Explique su respuesta. 5/6 Prof.: Soledad Portillo

6 41- En la figura 11 se muestran dos placas cargadas colocadas de forma paralela, a- Cómo se determinar el campo eléctrico neto entre las placas? b- Representar y la fuerza eléctrica sobre el protón que se encuentra entre las placas. Fig. 11 c- Acelera el protón? Justifique. Fig Una partícula con carga q se coloca en las cercanías de una esfera conductora neutra como se muestra en la figura 12. Responda y justifique: a- El flujo de campo eléctrico a través de la superficie A es cero? b- Las líneas de campo eléctrico a través de la superficie C son entrantes? c- Cómo sería el valor del flujo de campo eléctrico en la superficie C respecto a la superficie B? d- Cómo se afectaría el Ф E si se sacara la esfera neutra en la superficie A? e- Considere que no la esfera neutra no existe; en el punto Z se coloca una partícula con igual carga (y signo contr ario) que la original, el flujo de campo eléctrico en B podría ser cero? 43- Una carga positiva y otra negativa de la misma magnitud se hallan en una línea larga recta. Qué dirección sigue el vector campo eléctrico en los puntos de está línea que se encuentran a- entre las cargas, b- fuera de las cargas en dirección de la carga positiva, c- fuera de las cargas en dirección de la carga negativa y d- fuera de la línea, pero en el plano mediano de las cargas? 44- Al pasar de A a B en una línea de campo eléctrico, éste realiza 3,94 x10-19 J de trabajo en un electrón del campo descrito gráficamente en la figura. Cuáles son las diferencias de potencial eléctrico a- VB V A, b- VA VC y c- VC VB las esferas como cargas puntuales. b- Halle la magnitud de q. Fig Dos esferas pequeñas de masa m= 15,0 g cuelgan de hilos de seda de longitud L= 1,20 m de un punto común. Cuando se les proporciona a las esferas cantidades iguales de carga negativa, de modo que q 1 = q 2 = q, cada hilo cuelga a θ= 25,0 respecto a la vertical. a- Dibuje un diagrama que muestre las fuerzas sobre cada esfera. Trate c- Ahora se acortan los hilos a una longitud L= 0,600 m, en tanto que las cargas q 1 y q 2 permanecen sin cambios. Cuál es el nuevo ángulo que cada hilo forma con la vertical? (Sugerencia: Esta parte del problema se puede resolver numéricamente empleando valores de prueba θ y ajustando estos valores hasta obtener una respuesta congruente consigo misma). 6/6 Prof.: Soledad Portillo