Capitulo 16 Carga Electrica y Campo Elctrico Impares

1. ( dos cargas puntuales de

separadas

) (I) Calcule la magnitud de la fuerza entre .

2. (I) ¿Cuál es la magnitud de la fuerza eléctrica de atracción entre un núcleo de hierro ( ) y su electron mas interno, si la distancia entre ellos es de 3. (II) ¿Cual es la magnitud de la fuerza que una carga de a de distancia?

ejerce sobre una carga de

4. (II) Dos esferas cargadas están separadas . Se mueven y la fuerza en cada una se ha triplicado. ¿A qué distancia están separadas ahora? 5. (II) ¿Cuál es la carga total de todos los electrones en

de

?

6. (II) dos cargas puntuales positivas están separadas una distancia fija. La suma de sus cargas es ¿Qué carga debe tener cada una con la finalidad de a) maximizar la fuerza eléctrica entre ellas y b) minimizarla? ) ) 7. (II) tres partículas positivas de igual carga, estan ubicadas en las esquinas de un triangulo equilátero de de largo (FIGURA 1.1). Calcule la magnitud y dirección de la fuerza neta sobre cada partícula

8. (II) repita el problema 7 para el caso en el que dos de las cargas positivas, en esquinas opuestas, se sustituyen con cargas negativas de la misma magnitud FIGURA 1.2

9. (II) Tres partículas cargadas se colocan en las esquinas de un triangulo equilátero de de lado FIGURA 1.3 las cargas son . calcule la magnitud y dirección de la fuerza neta sobre cada una debida a las otras dos. ⃗ ⃗ ⃗

10. (III) Dos cargas, están separadas una distancia “l” Estas dos cargas tienen libertad de moverse pero no lo hacen porque existen una tercera carga que está cercana. ¿Cuál debe ser la carga y ubicación de la tercera carga para que las dos primeras estén en equilibrio? 11. (III) Dos pequeñas esferas no conductoras tienen una carga total de a) cuando se colocan con una separación de la fuerza que cada una ejercerse sobre la otra es de y es repulsiva. ¿Cuál es la carga en cada una? b) ¿Cuál sería si la fuerza fuese atractiva? ) ) 12. (I) ¿Cuáles son la magnitud y dirección de la fuerza eléctrica sobre un electrón en un campo eléctrico uniforme de de intensidad que apunta hacia el este? 13. (I) Una fuerza descendente de se ejercese sobre una carga de la magnitud y dirección del campo eléctrico en este punto?

. ¿Cuáles son

14. (II) ¿Cuál es la magnitud de la aceleración que experimenta un electrón en un campo eléctrico de ¿Cómo es que la dirección de la aceleración depende de la dirección del campo en ese punto?

15. (II) Dibuje aproximadamente las líneas de campo eléctrico en torno a dos cargas puntuales que están separadas una distancia “l”

16. (II) Un electrón es liberado desde el reposo en un campo eléctrico uniforme y acelera hacia el norte a un tasa de ¿Cuáles son la magnitud y dirección del campo eléctrico? 17. (II) Calcule el campo eléctrico en el centro de un cuadrado de de lado si una esquina esta ocupada por una carga de y las otras tres están ocupadas por cargas de ? 18. (II) Determine la dirección y magnitud del campo eléctrico en el punto “P” de la FIGURA 1.4 las cargas están separadas una distancia y el punto “P” esta a una distancia del punto medio entre las dos cargas. Exprese su respuesta en términos de . (

)

19. (II) A) determine el campo eléctrico ⃗⃗⃗ en el origen 0 de la FIGURA 1.5 debida a las dos cargas en A y B. b) repita la operación pero haciendo que la carga en B invierta su signo. )

√

)

20. (II)(II) S e tienen dos cargas puntuales desconocidas, . En un punto en la línea que las une, a un tercio del camino desde el campo eléctrico es cero FIGURA 1.6 ¿cuál es la razón?

21. (III) Un electrón (masa ) es acelerado en el campo uniforme ⃗⃗⃗ ( ) entre dos cargas paralelas cargadas. La separación de las placas es de el electrón es acelerado desde el reposo cerca de la placa negativa y pasa a través de un pequeño hoyo en la placa opuesta FIGURA 1.7 a) ¿con que rapidez deja el hoyo? b) demuestre que se puede ignorar la fuerza gravitacional. ( )

22. (I) El flujo eléctrico total de una caja cubica de ¿Qué carga encierra la caja?

de lado es de

23. (II)

En

la FIGURA 1.8, dos objetos, tienen cargas y respectivaamente, y un tercer objeto, es eléctricamente neutro a) ¿Cuál es el flujo eléctrico a través de la superficie que encierra a los tres objetos? B) ¿Cuál es el flujo eléctrico a través de la superficie que encierra solo al tercer objeto? ) )

24. (II) El campo eléctrico entre dos placas metálicas cuadradas es de . Las placas tienen de lado y están separadas ¿Cuál es la carga sobre cada placa (que se suponen iguales y opuestas)? Ignore los efectos de borde. 25. (II) Una esfera metálica solida de de radio porta una carga total de ¿Cuál es la magnitud del campo eléctrico a una distancia desde el centro de la esfera de a) , b) c) y d) ? e) ¿Cómo diferirán las respuestas si la esfera fuese un cascaron delgado? ) ) ) ) ) 26. (III) Las dos cadenas de la molécula de ADN conforma de hélice se mantienen juntas de medio de fuerza electroestáticas, suponga que la carga promedio neta (resultado de compartir electrones) indicada en átomos de H y N es y en los átomos indicados C y O es . suponga también que los átomos en cada molécula están separados por . estime la fuerza neta entre a) una timina y una adenina; y b) una citosina y una guanina para cada enlace (puntos azules) considere solo los tres átomos en una línea (dos átomos en una molécula, un átomo en el otro). c) estime la fuerza total para una molécula de ADN que contiene pares de tales molécula ) ) ) 27. Una moneda de cobre de tiene una carga positiva de ¿Qué fracción de sus electrones a perdido? ( ).

28. Las mediciones indican que existe un ampo eléctrico alrededor de la tierra. su magnitud es aproximadamente de en la superficie terrestre y apunta hacia adentro, es decir, hacia el centro de la tierra. ¿Cuál es la magnitud de la carga eléctrica sobre la tierra? ¿es positiva o negativa? (sugerencia: el campo eléctrico afuera de una esfera cargada de manera uniforme es la misma que si toda la carga estuviese aglutinada en su centro) 29. Una gota de agua de de radio permanece estacionaria en el aire. Si el campo eléctrico de la tierra dirigido hacia abajo es de , ¿Cuánto exceso de cargas de electrón debe tener la gota de agua? 30. En un modelo simple del átomo de hidrogeno, el electrón gira en una órbita circular alrededor del protón con una rapidez de . Determine el radio de la órbita del electrón. 31. Un electrón con rapidez viaja paralelo a un campo eléctrico de magnitud N/C a) ¿Qué distancia recorrerá el electrón antes de detenerse? b) ¿Cuánto tiempo tardara antes de que regrese a su punto de partida? ) )

32. Una pequeña esfera de plomo está encerrada en plástico aislador y suspendida verticalmente de un resorte ideal ( ) sobre una mesa de laboratorio FIGURA 1.10 La masa total de la esfera recubierta es de 0.800 Kg y su centro se encuentra a sobre la mesa cuando está en equilibrio. La esfera se jala hacia abajo por debajo del equilibrio sobre ella se deposita una carga eléctrica C y luego se le libera. Con el uso de lo que sabe acerca de la oscilación armónica escriba una expresión para la intensidad del campo eléctrico como función del tiempo que se mediría en el punto sobre la mesa (P) directamente por debajo de la esfera (

)

(

)

33. El aire seco se romperá y generara una chispa si el campo eléctrico supera la cifra de ¿Cuánta carga se podría empacar en un chícharo ( de diámetro) antes de que este se descargue espontáneamente?

34. Una carga puntual ( ) en el extremo de una cuerda aisladora de esta en equilibrio en un campo eléctrico horizontal uniforme de cuando la posición del péndulo es como se muestra en la FIGURA 1.11, con la carga (vertical) más baja. Si el campo apunta hacia la derecha en la figura1.11, determine la magnitud y signo de la carga puntual.

35. ¿Cuál es la carga total de todos los electrones en una barra de aluminio de ? ¿Cuál es la carga neta de la barra? (el aluminio tiene 13 electrones por átomo y una mas atómica de ) 36. Dadas las dos cargas que se muestran en la FIGURA 1.12 ¿en qué posición (o posiciones) x el campo eléctrico es cero? ¿el campo es cero en otros puntos cualesquiera, no en el eje x? √

37. Cuatro cargas puntuales positivas iguales, cada una con de carga están en las esquinas de un cuadrado de de lado. ¿Qué carga de debe colocar en el centro de l cuadrado de modo que todas las cargas estén en equilibrio? ¿este es un equilibrio estable o inestable en el plano?