DEPARTAMENTO DE ISICA (4ºBTO) Electrostática y Campo Eléctrico Electrostática Introucción Cuano se frota un tejio e lana con algo e plástico, este puee levantar peazos e papel, cabellos, etc. Los griegos notaron hace siglos, la aparición e estas fuerzas. Si hay una fuerza algo ebe causarla. Ese algo es lo que llamamos carga eléctrica, es ecir, la carga se convierte en la entia física que prouce tal fuerza. La conocemos más por lo que hace que por lo que es. Cuestionario 1) Qué ice la ley e Coulomb? 2) Cómo es el sentio e la fuerza que aparece entre os cargas eléctricas? 3) Puee ser que un cuerpo tenga cargas y esté en estao neutro? 4) En qué ifiere la carga eléctrica e los protones e las e los electrones? 5) Qué significa ecir que la carga se conserva? 6) En caa situación inicar si el cuerpo está cargao negativa o positivamente: a) Un cuerpo tiene exceso e electrones b) Un cuerpo tiene efecto e protones c) Un cuerpo tiene efecto e electrones ) Un cuerpo tiene exceso e protones ORT 2012 1
Ejercicios Datos Útiles: Masa el electrón = 9,1 10 31 kg Carga el electrón = 1,6 10 19 C 7) A qué istancia se eben separar 2 cargas e igual valor 3 10 5 C, pero e istinto signo, para que la fuerza e interacción sea e 2N? a) Si una e las cargas tiene una masa e 0,5 kg mientras que la otra una e 1,2 kg, cuál será la aceleración inicial e caa carga? b) A meia que se acerquen qué ocurrirá con la fuerza e interacción? c) A meia que se acerquen qué ocurrirá con la aceleración e caa carga? ) Al moverse, las cargas escriben un MRUV? Justificar la respuesta. 8) Si Q 1 > Q 2 Es la fuerza que actúa sobre Q 1 mayor que la que actúa sobre Q 2? Son pares e acción y reacción? 9) Se tienen a Q 1 = 2 10 6 C y a Q 2 = 3 10 6 C ubicaas a una istancia e 50 milímetros. a) Hallar la fuerza e interacción b) Si la istancia aumenta al oble, qué ocurrirá con la fuerza e interacción? c) Si la istancia aumenta al triple, qué ocurrirá con la fuerza e interacción? ) Si la istancia aumenta al cuáruple, qué ocurrirá con la fuerza e interacción? 10) A partir e los valores obtenios en el ejercicio anterior grafica, cómo varía la fuerza eléctrica con la istancia entre las cargas? 11) Una masa e 1,3 kg tiene una carga Q 2 e 9 10 4 C. Calcular el valor Q 1, para que Q 2 quee suspenia en el aire a una altura e 20cm Q 2 20cm Q 1 12) En A se coloca una carga Q 1 = 3 10 4 C, en B una Q 2 = 6 10 4 C y en C una Q 3 = 4 10 4 C. a) Esquematizar las fuerzas sobre caa carga b) Hallar la fuerza total sobre Q 1 A B C 3m 2m ORT 2012 2
13) Sea la intensia e la fuerza entre 2 cargas puntuales separaas a una istancia. Cuál e los graficas e la figura representará mejor la fuerza en función e la istancia? Q Q Gráfico A Gráfico B Gráfico C Gráfico D Gráfico E 14) Dos cargas eléctricas e igual signo interactúan entre sí. Si la carga Q 1 es tres veces mayor que la carga Q 2 inicar cuál e los esquemas representa mejor la situación y por qué: Q 1 Q 2 Q 1 Q 2 a) b) Q 1 Q 2 Q 1 Q 2 c) ) ORT 2012 3
Campo Eléctrico Preguntas Para contestar las siguientes preguntas te sugerimos leer el libro ísica Conceptual e Paul Hewitt. 1) Qué es el campo eléctrico? 2) Cómo se efine la intensia o magnitu e un campo eléctrico? En qué uniaes se expresa? 3) Cómo se efine la irección e un campo eléctrico? 4) Dibujar en caa caso, las líneas e campo eléctrico. Caso A Caso B Caso C Caso D 5) Cómo se relaciona la proximia e las líneas con la intensia? 6) En el ibujo se representa una linea e campo electrico y en caa uno e los puntos inicaos se esquematizó el campo con un vector (flecha). Inicar qué vectores están bien trazaos. ORT 2012 4
7) En caa uno e los casos esquematizar con un vector el campo eléctrico en los puntos A, B, y C. A C Una carga puntual A B B C Dos cargas puntuales e iferente signo C C A B B A Dos cargas puntuales e igual signo Placas paralelas cargaas con iferentes polariaes ORT 2012 5 A B C
7 Bis) La figura representa las líneas e un campo eléctrico generao por os barras cargaas eléctricamente con iferente signo. Entre ellas se encuentra ubicao un anillo e cobre. a) Cuál es la irección e las líneas e campo? b) Como se istribuyen las cargas en el anillo metálico? c) Por qué no hay líneas e campo en el interior el anillo? ) Cuánto vale el campo entro el anillo? 8) Se sabe que en un punto el espacio el campo eléctrico es e 200N/C como se muestra en la figura. a) Calcular y esquematizar la fuerza sobre una carga e 3C colocaa en icho punto. b) Calcular y esquematizar la fuerza sobre una carga e 4C colocaa en icho punto. Pregunta a) E=200N/C Pregunta b) E=200N/C 9) Una carga e 2 µc situaa en un punto P, entro e un campo eléctrico, experimenta una fuerza 8 10 4 N. a) Cuál es la intensia el campo en el punto P? b) Si la carga que genera el campo fuese positiva, e qué lao e Q estaría ubicaa? Q=2 µc 10) Cuál es la magnitu y la irección e la fuerza que actuaría sobre un electrón si estuviera situao en el punto P el ejercicio anterior? Carga ubicaa en el punto P 11) Se sabe que en el punto A el campo eléctrico apunta hacia arriba (como se muestra en la figura) y su valor es e 30 N/C. En icho punto se coloca un cuerpo e 3kg e masa con una carga e 2C. Se pie: E=30N/C a) Esquematizar las fuerzas que actúan sobre el cuerpo (el peso y la fuerza eléctrica). A b) Inicar para óne se moverá y con qué aceleración lo hará. c) Si en A se coloca una carga e 5C Cuánto valrá el campo en icho punto? ORT 2012 6
12) Una carga e 2 µc situaa en un punto P, entro e un campo eléctrico, experimenta una fuerza 8 10 4 N. Se sabe que la carga generaora el campo es negativa y está ubicaa a una istancia e 3m el punto P. a) Cuál es la intensia el campo en el punto P? Esquematizarlo. b) Cuál será el valor e la carga generaora? Esquematizarla. c) Si se saca la carga ubicaa en P, esaparecerá el campo? ) Si en P se cambia la carga por otra e 6 10 5 C. Cuánto valrá el campo en icho punto? Q Carga ubicaa en el punto P 13) Entre la placa positiva y negativa se genera un campo eléctrico uniforme e 2 10 4 N/C. a) Equematizar las líneas e campo eléctrico inicano la irección el campo. b) Si se coloca un electrón (carga eléctrica negativa), inicar la fuerza que actuará sobre éste. c) Para qué lao se moverá y con qué aceleración? ) Qué tipo e movimiento escribirá el electrón? q 14) Un haz e partículas constituio por protones, neutrones y electrones, penetra en un campo uniforme formao por os placas electrizaas. Se observa que el haz se ivie en tres como se inica en la figura. a) Cuál e las partículas citaas constituye el haz A, el B y el C? b) Por qué la curvatura el A es más acentuaa que la el C? C 15) En el interior e un tubo e ciertos televisores, os pares e placas B metálicas, cargaas electricamente con cargas e signos opuestos, esvian el haz e electrones que inciirán en la pantalla. En la figura se muestra una situación en que las placas están escargaas. Para que el haz sea esviao hacia la zona sombreaa e la pantalla, los signos e las cargas en las placas horizontales, H 1 y H 2 y en las placas verticales, V 1 y V 2 eben ser: a) H 1 ; H 2 : V 1 ; V 2 b) H 1 ; H 2 : V 1 ; V 2 c) H 1 ; H 2 : V 1 ; V 2 ) H 1 ; H 2 : V 1 ; V 2 e) H 1 ; H 2 : V 1 nula; V 2 nula Haz e electrones Placas Horizontales H 1 Placas Verticales V 1 H 2 V 2 Zona Sombreaa A Pantalla ORT 2012 7
Comentarios Ayuas y respuestas Electrostática Cuestionario Las respuestas están en el libro Ejercicios 7) D = 2m a) Será a 1 =4m/s 2 y a 2 =1,6 m/s 2 b) A meia que se acerquen como la istancia isminuye la fuerza aumentará c) A meia que se acerquen como la istancia isminuye la fuerza aumentará y la aceleración también aumentará ) Recorar que MRUV es cuano la aceleración es constante La aceleración es constante? 8) Efectivamente son pares e acción y reacción, por lo tanto son iguales. 9) a) La fuerza es atractiva y e 21,6 N. b) La fuerza será 4 veces más chica. c) La fuerza será 9 veces más chica. ) La fuerza será 16 veces más chica. 10) Es uno e los gráficos el ejercicio 13. 11) Q=6,4 10 8 C 12) La fuerza es e 360 N y con sentio hacia Q 3. 13) Gráfico C. 14) b) No importa el valor e las cargas, las fuerzas son iguales, y e sentios opuestos por ser ambas e igual signo. Campo Eléctrico Ejercicios 8) a) = 6000N b) = 12000N 9) a) E = 400N/C b) Si la carga generaora el campo fuese positiva estaría ubicaa a la izquiera e Q 10) = 6,4 10 17 N en sentio contrario a la el punto 9). 11) b) Se moverá hacia abajo con una aceleración e 30m/s 2 c) No importa el valor e la carga colocaa en A el campo seguirá valieno lo mismo (30N/C) 12) a) E = 400N/C. No te olvies e esquematizar inicano claramente la irección b) Q = 4 10 7 C c) No. El campo no epene e la carga colocaa en P sino e la generaora Q ) Valen los mismos 400N/C, recorá que el valor el campo epene e la carga generaora y NO e la carga colocaa en P 13) b) = 3,2 10 15 N c) Se moverá hacia la placa positiva y con una aceleración e aproximaamente 3,5 10 15 m/s 2 ) Como el campo es constante la fuerza también lo será, es ecir se moverá con aceleración constante (MRUV) 14) a) Las el A son electrones, el B neutrones y el C protones. b) Como la carga el protón y el electrón es igual las fuerzas también lo serán, pero como la masa el electrón es mucho menor sufrirá una aceleración mayor hacia la placa. 15) ORT 2012 8