Ejercicios - Cargas Eléctricas y Campos Eléctricos

Algunos ejercicios del Libro "Física Universitaria de Sears Zemansky, Vol 2, Edicion 12"
CAPÍTULO 21 Carga eléctrica y campo eléctrico [Pag: 742]


Sección 21.3 Ley de Coulomb:

21.5. El peso medio de un ser humano es de alrededor de 650 N. Si dos personas comunes tienen, cada una, una carga excedente de 1.0 coulomb, una positiva y la otra negativa, ¿qué tan lejos tendrían que estar para que la atracción eléctrica entre ellas fuera igual a su peso de 650 N?

21.13. Tres cargas puntuales están en línea. La carga q3 = +5.00 nC está en el origen. La carga q2 = -3.00 nC se encuentra en x = +4.00 cm. La carga q1 está en x = +2.00 cm. ¿Cuál es q1 (magnitud y signo), si la fuerza neta sobre q3 es igual a cero?

21.21. Una carga puntual positiva q está situada sobre la parte positivadel eje y en y = a, y una carga puntual negativa -q está en la parte negativa del eje y en y = -a. Se coloca una carga puntual negativa -Q en cierto punto sobre la parte positiva del eje x. a) En un diagrama de cuerpo libre, indique las fuerzas que actúan sobre la carga -Q. b) Encuentre las componentes x y y de la fuerza neta que ejercen las dos cargas q y -q sobre -Q. (Su respuesta sólo debería incluir k, q, Q, a y la coordenada x de la tercera carga.) c) ¿Cuál es la fuerza neta sobre la carga -Q cuando está en el origen (x = 0)? d) Haga la gráfica de la componente y de la fuerza neta sobre la carga -Q, en función de x para los valores de x entre -4a y +4a.

Sección 21.4 El campo eléctrico y las fuerzas eléctricas

21.33. Se lanza un electrón con rapidez inicial v0 = 1.60 x 10⁶ m/s hacia el interior de un campo uniforme entre las placas paralelas de la figura 21.38. Suponga que el campo entre las placas es uniforme y está dirigido verticalmente hacia abajo, y que el campo fuera de las placas es igual a cero. El electrón ingresa al campo en un punto equidistante de las dos placas. a) Si el electrón apenas libra la placa superior al salir del campo, encuentre la magnitud del campo eléctrico. b) Suponga que en la figura 21.38 el electrón es sustituido por un protón con la misma rapidez inicial v0. ¿Golpearía el protón alguna de las placas? Si el protón no golpea ninguna de las placas, ¿Cuáles serían la magnitud y la dirección de su desplazamiento vertical, a medida que sale de la región entre las placas? c) Compare las trayectorias que recorren el electrón y el protón, y explique las diferencias. d) Analice si es razonable ignorar los efectos de la gravedad en cada partícula.

21.35. En el ejercicio 21.33, ¿cuál es la rapidez del electrón cuando sale del campo eléctrico?

Sección 21.7 Dipolos eléctricos

21.63. Las cargas puntuales q1 = -4.5 nC y q2 = +4.5 nC están separadas 3.1 mm, y forman un dipolo eléctrico. a) Calcule el momento dipolar eléctrico (magnitud y dirección). b) Las cargas están en un campo eléctrico uniforme, cuya dirección forma un ángulo de 36.9° con la línea que une las cargas. ¿Cuál es la magnitud de este campo si el par de torsión que ejerce sobre el dipolo tiene una magnitud de 7.2 x 10⁻⁹ N.m?

Problemas

21.78. Dos cargas puntuales q1 y q2 se colocan a una distancia de 4.50m entre sí. Otra carga puntual Q = -1.75 mC con masa de 5.00 g se sitúa inicialmente a 3.00 cm de cada una de estas cargas (figura 21.45) y se libera del resto. Usted observa que la aceleración inicial de Q es de 324 m/s² hacia arriba, paralela a la línea que une las dos cargas puntuales. Encuentre q1 y q2.

21.81. Intensidad de la fuerza eléctrica. Imagine dos bolsas de 1.0 g de protones, una en el Polo Norte de la Tierra y la otra en el Polo Sur. a) ¿Cuántos protones hay en cada bolsa? b) Calcule la atracción gravitatoria y la repulsión eléctrica que ejerce cada bolsa sobre la otra. c) ¿Las fuerzas del inciso b) son lo suficientemente grandes para que las percibiera usted, si cargara una de las bolsas?

21.96. Una carga positiva Q está distribuida de manera uniforme alrededor de un semicírculo de radio a (figura 21.49). Encuentre el campo eléctrico (magnitud y dirección) en el centro de curva-

tura P.

21.97. La carga negativa -Q está distribuida uniformemente alrededor de un cuarto de círculo de radio a que se encuentra en el primer cuadrante, con el centro de curvatura en el origen. Calcule las componentes x y y del campo eléctrico neto en el origen.

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