¿Por qué el extremo de un pararrayos es puntiagudo?

1. La capacitancia equivalente entre los puntos a y b para el grupo de capacitores conectados como se ilustra en la figura, C1=5µF, C2=10µF y C3=2µF. Si la diferencia de potencial entre los puntos a y b de 60 V ¿Qué carga se almacenará en C3?

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Carga que se almacenará en C3

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Despejamos   y obtenemos:[pic 20]

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1. El  localizador eléctrico de columna de madera utilizada por los carpinteros sirve para localizar columnas de madera en algunos tipos de pared. Consta de un condensador de placas paralelas, con las placas muy cerca una de otra, como se muestra en la figura ¿Aumenta o disminuye la capacitancia cuando el dispositivo se mueve sobre una columna de madera?

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La capacitancia aumenta cuando el dispositivo se mueve sobre una columna de madera. La capacitancia aumenta en un factor adimensional k conocido como constante dieléctrica, por lo tanto se puede afirmar que el cambio en la constante dieléctrica de la madera que está entre 2,5–7,7 va a provocar que se encienda la luz de señalización en el dispositivo.

1. Se carga un condensador y a continuación se retira de la batería. El condensador consiste en conjunto de grandes placas móviles con aire entre ellas. Se retiran las placas de modo que la distancia entre ellas sea algo mayor. ¿Qué ocurre con la carga del condensador? ¿Y con la diferencia de potencial? ¿Y con la energía almacenada en el condensador? ¿Y con la capacitancia? ¿Y con el campo eléctrico existente entre las placas? ¿Se realiza trabajo al alejar las placas?

• Carga del condensador: se mantendría en la misma condición en que se encontraba antes de alejar las placas, osea que permanecería igual. Esto se explica debido a que allí no hay lugar para que fluya la carga.
• Diferencia de potencial: al ser mayor la distancia de separación entre las placas este va aumentar.
• Energía almacenada en el condensador: esta energía es proporcional tanto a la carga como a la diferencia de potencial por lo tanto esta se va a incrementar.
• Capacitancia: gracias a la relación que hay entre la distancia y la capacitancia, encontramos que al aumentar la separación entre las placas, el valor de la capacitancia va a disminuir, esto explica que son inversamente proporcionales.
• Campo eléctrico: permanece igual debido a que este no depende de la separación entre las placas.
• La energía proviene del trabajo que se realiza al mover las placas para separarlas. Por lo tanto se explica que si hay trabajo.

1. Considere un condensador de placas con un material dieléctrico entre las placas. ¿Es la capacitancia mayor en un día frío o un día cálido?

En un día frio la capacitancia es mayor. Esto se explica debido a que la disminución de la temperatura provoca una mayor polarización de las moléculas en el condensador de placas con el material no conductor por lo tanto se produce un incremento en la capacitancia al incorporarse este.

1. ¿Por qué el extremo de un pararrayos es puntiagudo?

Las cargas alrededor de un conductor no se distribuyen uniformemente, sino que se acumulan más en las partes afiladas. De esta manera, si se tiene un objeto en forma de punta, en este caso el pararrayos, sometido a un intenso campo electrostático (como el generado por una nube de tormenta), la acumulación de cargas en la punta va ser muy elevada. Toda la descarga eléctrica generada del rayo se va por este mástil puntiagudo, que conduce por el cable toda esa descarga hasta la tierra, evitando que alguna edificación reciba la fuerza del rayo.

1. Un bloque de masa m y carga Q se conecta a  un resorte de constante k.  El bloque está sobre una pista horizontal sin fricción y el sistema está inmerso en un campo eléctrico uniforme de magnitud  E y su dirección es como se indica en la figura. Si el bloque se suelta desde reposo cuando el resorte está sin estirar (en x=0). (a) ¿En qué cantidad máxima se alarga el resorte? (b) ¿Cuál será la posición de equilibrio del bloque?  (c) ¿Muestre que el movimiento del bloque es armónico simple y determine su periodo.  (d) Repita el inciso (a) si el coeficiente de fricción cinético entre el bloque y  la superficie es μ

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Las fuerzas que intervienen en la gráfica son:

• La fuerza peso (mg) que se equilibra con la fuerza normal (N).
• La fuerza “QE” originada por la presencia del campo “E” sobre la carga “Q”.
• La fuerza “Kx” producto del estiramiento del resorte una longitud “x” respecto a la posición de equilibrio del resorte (X=0).
• La fuerza  producto del rozamiento dinámico entre el bloque y la superficie.[pic 44]

Producto de la fuerza según el eje “Y” sabemos que:  [pic 45]

Planteando la segunda ley de newton según el eje “X”  tendremos                 

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La ecuación (2) y sus condiciones iniciales permitirán dar respuestas al inciso a) y el inciso d) haciendo para el primer caso mientras que en el segundo,  es no nulo, de modo que llamamos: [pic 51][pic 52][pic 53]

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