Campo eléctrico . Campo y fuerza eléctrica

CUESTIONARIOS DE AUTOEVALUACIÓN. FISICA.

Tema 7: Campo eléctrico

Parte 1: Campo y fuerza eléctrica

1. Un electrón y un protón libres se sitúan en campos idénticos. (i) ¿Cómo se comparan las magnitudes de la fuerza eléctrica ejercida sobre las dos partículas?

(a) Es millones de veces más grande para el electrón.

(b) Es miles de veces mayor para el electrón.

(c) Son iguales.

(d) Es miles de veces menor para el electrón.

(e) Es millones de veces menor para el electrón.

(f) Es cero para el protón.

Respuesta: c

Explicación: La fuerza es el producto del campo por la carga. Tanto el campo como el módulo de las cargas del protón y el electrón son iguales (solo difieren en el signo)

(ii) Compara las magnitudes de sus aceleraciones. Elije entre las mismas posibilidades del apartado (i).

Respuesta: d

Explicación: La aceleración depende de la masa de cada partícula, y el electrón tiene una masa 2000 veces inferior al protón.

2. ¿Qué impide que la gravedad tire de ti a través del suelo hacia el centro de la Tierra? Elije la mejor respuesta.

(a) La densidad de la materia es demasiado grande.

(b) Los núcleos positivos de los átomos de su cuerpo repelen los núcleos positivos de los átomos de la Tierra.

(c) La densidad de la Tierra es mayor que la densidad de su cuerpo.

(d) Los átomos están unidos entre sí por enlaces químicos.

(e) Los electrones en la superficie de la Tierra y la superficie de sus pies se repelen entre sí.

Respuesta: b

Explicación: Un objeto sólido no puede atravesar otro porque las fuerzas de repulsión entre las cargas de un cuerpo u el otro lo impiden. Estas son principalmente las cargas positivas de los núcleos, que tienen posiciones fijas y no pueden desplazarse como el electrón.  

3. Una pequeña bola tiene una masa de 5 10-3 kg y una carga de 4 μC. ¿Qué magnitud del campo eléctrico dirigido hacia arriba equilibra el peso de la bola para que ésta permanezca suspendida inmóvil sobre el suelo?

(a) 8.21 102 N/C (b) 1.22  104 N/C (c) 2.00  10-2 N/C (d) 5.11 10-6 N/C (e) 3.72  10-3 N/C

Respuesta: b

Explicación: Las dos fuerzas, la eléctrica y la gravitatoria deben compensarse (misma magnitud, y diferente sentido). Por tanto, mg=qE, de donde E=(m/q)g, donde g=9,8 m/s2. Sustituyendo tenemos la respuesta b (compruébalo!)

4. Un electrón con una velocidad de 3.00 106 m/s se mueve en un campo eléctrico uniforme de magnitud 103 N/C. Las líneas de campo son paralelas a la velocidad del electrón y apuntan en la misma dirección que la velocidad. ¿Hasta dónde llega el recorrido del electrón antes de alcanzar el reposo?

(a) 2.56 cm (b) 5.12 cm (c) 11.2 cm (d) 3.34 m (e) 4.24 m

Respuesta: a

Explicación: Es un poco complicado, y hace falta algún concepto de cinemática. En particular, vf2- vi2=2a(xf-xi), donde a es la aceleración, y los subíndices f e i hacen referencia a valores finales a iniciales de la velocidad y posición.  El problema dice de vf=0 (reposo) y vi=3. 106 m/s. La aceleración se obtiene de F=ma=qE, a=(q/m)E. La distancia recorrida que buscamos es xf-xi=2,56 cm.

5. Una carga puntual de -4 nC se encuentra en (0, 1.00) m. ¿Cuál es la componente x del campo eléctrico debido a la carga puntual en (4.00, -2.00) m? Ojo: los datos estaban mal, aquí los doy ya corregidos

(a) 1.15 N/C         (b) -0.864 N/C         (c) 1.44 N/C         (d) -1.15 N/C         (e) 0.864 N/C

Respuesta: d

Explicación: El campo es E=k q/r2 (cosθ i+senθ j). Si analizas las distancias, verás que r2=25 m y cosθ=-4/5

6. Un anillo circular de carga, con radio b, tiene carga total q uniformemente distribuida alrededor de él. ¿Cuál es la magnitud del campo eléctrico en el centro del anillo?

(a) 0, (b) keq/b2, (c) keq2/b2, (d) keq2/b, (e) ninguna de estas respuestas.

Respuesta: a

Explicación: En el centro del anillo el campo se anula (cada parte del anullo crea un campo, que tiene su contrario al otro lado del anillo, y se cancelan)

7. ¿Qué sucede cuando un aislante cargado se coloca cerca de un objeto metálico sin carga?

(a) Se repelen entre sí.

(b) Se atraen.

(c) Se pueden atraer o repeler entre sí, dependiendo de si la carga en el aislante es positiva o negativa.

(d) No ejercen ninguna fuerza electrostática el uno sobre el otro.

(e) El aislante cargado siempre se descarga espontáneamente.

Respuesta: b

Explicación: El aislante cargado (positiva o negativamente, no lo sabemos) crea un campo eléctrico alrededor suyo, y el conductor cargado está dentro de ese campo. Por lo tanto la pregunta es cómo se comporta un conductor en un campo eléctrico externo. En el conductor, las cargas negativas son libres de moverse, y se redistribuyen sobre la superficie, dejando exceso de carga en un lado (al que se mueven, que queda cargado negativamente) y defecto en el otro. Es decir, se polariza el conductor. Su campo eléctrico en el interior se anula (la nueva distribución de cargas crea un campo contrario al exterior, que lo anula). Sea cual sea la carga del aislante,  las cargas más cercanas al aislante cargado siempre son de signo contrario (pues se atraen), por lo que el conductor y el ailante sea traen. Ojo, no era sencillo, pero sirve de repaso de muchas cosas!

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