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REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA “ANTONIO JOSÉ DE SUCRE” VICE-RECTORADO DE PUERTO ORDAZ CÁTEDRA: FÍSICA II

GUIA DE FÍSICA II

Elaborado por:

Prof. Rafael Ángel Medina asesoresmedinalopez.blogspot.com @ramedina63 [email protected]

PREGUNTAS.1.-Qué se entiende por átomo neutro? 2.-Explique a partir de un punto de vista atómico por qué la carga suele transferirse por medio de electrones. 3.-Cuál es la diferencia entre cargar un objeto por conducción (contacto) y cargarlo por inducción? 4.-Un globo se carga negativamente por frotamiento y después se adhiere a una pared. ¿Esto significa que la pared está cargada positivamente?¿Por qué después de cierto tiempo cae el globo? 5.-Dos esferas metálicas cuelgan de hilos de naylon. Cuando se colocan próximas entre sí tienden a atraerse. Con base sólo en esta información, analice los modos posibles en que podrían estar cargadas las esferas. ¿Es posible que, luego de tocarse, las esferas permanezcan adheridas una a la otra? Explique su respuesta. 6.-Las prendas de ropa tienden a adherirse unas a otras después de pasar por la secadora. ¿Por qué? ¿Esperaría usted más (o menos) adhesión si toda la ropa fuese del mismo material (algodón, por ejemplo) que si se secara ropa de diferentes tipos?. Nuevamente, ¿por qué? 7.-Una esfera cargada metálica sin carga cuelga de un hilo de nylon. Cuando se acerca a la esfera una barra de vidrio con carga positiva, la esfera es atraída hacia la barra. Pero si la esfera toca la barra, de pronto se aleja violentamente de ella. Explique por qué la esfera es atraída y luego repelida. 8.-Los electrones libres de un metal experimentan atracción gravitatoria hacia la tierra. ¿Por qué, entonces, no se depositan todos en el fondo del conductor, como un sedimento que se asienta en el fondo de un río? 9.-Al definir el campo eléctrico, ¿por qué es necesario especificar que la magnitud de la carga de prueba es muy pequeña. 10.-Usted tiene un objeto con carga negativa. ¿Cómo puede depositar, por medio del objeto, una carga negativa neta en una esfera metálica aislada? ¿Y una carga positiva neta?

Prof. Rafael Medina

11.-Si se toca con una barra con carga positiva una esfera metálica aislada inicialmente sin carga, esfera adquiere una carga positiva neta y la barra pierde parte de su carga. ¿Significa esto que se transfiere protones de la barra a laesfera? 12.-Una carga negativa se pone en una región del espacio donde el campo eléctrico está dirigido verticalmente hacia arriba. ¿Cuál es la dirección de la fuerza eléctrica experimentada por esta carga? Explique. 13.-Dos cargas puntuales iguales ejercen fuerzas iguales una sobre la otra. Pero si una carga es el doble de la otra, ¿sigue ejerciendo fuerzas iguales una sobre la otra, o una ejerce dos veces más fuerza que la otra? 14.-Se coloca un protón en un campo eléctrico uniforme y luego se libera. Después se coloca un electrón en el miso punto y se libera. ¿Experimentan estas dos partículas la misma fuerza? ¿Y la misma aceleración? ¿Se desplaza en la misma dirección al ser liberadas? 15.-Una carga puntual negativa –q se sitúa en el punto P cerca del anillo cargado positivamente que se muestra en la figura. Si x es mucho menor que a, describa el movimiento de la carga puntual si ésta se libera a partir del reposo. 16.-Una carga 4q está a una distancia r de una carga –q. Compare el número de líneas de campo eléctrico que salen de la carga 4q con el número que entra a la carga –q. 17.-Los campos eléctricos suficientemente intensos pueden provocar que los átomos se ionicen positivamente, esto es, que pierden uno o más electrones. Explique cómo ocurre esto.¿ Qué es lo que determina la intensidad que el campo debe tener para que esto ocurra? 18.-Explique por qué las líneas de campo no forman lazos cerrados. 19.-Explique por qué las líneas de campo eléctrico nunca se cruzan? 20.-Es posible que un campo eléctrico exista en el vacío? Explique. 21.-Cuando uno saca cinta de plástico transparente de un rollo e intenta colocarlo con precisión en una hoja de papel, la cinta suele saltar y adherirse donde no se desea. ¿Por qué?

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PROBLEMAS.1.-¿Cuántos electrones integran una carga de 100 µC? 2.-Dos cuerpos cargados ejercen entre sí una fuerza de 480 mN ¿Cuál será la fuerza si ellos se mueven de manera que su separación sea sólo un octavo de la inicial? 3.-¿Cuáles la magnitud de la fuerza eléctrica de atracción entre un núcleo de hierro(Q=+26e) y el electrón de su primera órbita si la distancia entre ellos es 1x10-12 m? 4.-Qué tan cerca deben estar dos electrones si la fuerza eléctrica entre ellos es igual al peso de un de ellos en la superficie de la tierra? 5.-En una línea se encuentran partículas de carga +88 µC, -55µC y +70 µC. La partícula central se encuentra a 0,75 m de cada una de las otras dos. Calcule la fuerza neta o resultante sobre cada partícula debida a las otras dos partículas. Sugerencia: Elija usted un sistema de cartesiano de referencia. 6.-Dos cargas puntuales, una de -8µC y otra de +1,8 µC, se colocan a 11,8 m de distancia. Dónde puede colocarse una tercera carga de manera que no experimente fuerza neta? Sugerencia: Si lo considera necesario, elija usted un sistema de cartesiano de referencia. 7.-Dos cargas puntuales tienen una carga total de 880 µC. Cuando se sitúan a una distancia de 1,10 m, la fuerza que cada una ejerce sobre la otra es de 22,8 N y es repulsiva. ¿Cuál es la carga de cada una de ellas? ¿Cuál será la fuerza atractiva? Observación: Puede usar un sistema de referencia. 8.-Dos cargas puntuales están fijas a cierta distancia. La suma de sus cargas es Q1. Qué carga debe tener cada una para ser máxima la fuerza atractiva entre ellas? ¿Para hacerla mínima?

Problema 14.-

9.-Dos cargas –QO y -3QOse encuentran a una distancia. Estas dos cargas pueden moverse libremente pero no lo hacen porque cerca de ellas se encuentra una tercera carga. ¿Cuál debe ser la magnitud y posición de la tercera carga para que las primeras dos se encuentren en equilibrio? Sugerencia: Elija usted un sistema de cartesiano de referencia. 10.-¿Calcular la magnitud y dirección de un campo eléctrico a 35 cm exactamente arriba de una carga de 35x10-4 C? 11.-Se localizan tres cargas puntuales ubicadas en las esquinas de un triángulo equilátero de 0,06 m de lado. Calcular: a) la fuerza eléctrica sobre la carga de 7µC, b) Calcular la fuerza en el centro del triángulo. 12.-Dos cargas puntuales +q están fijas en el espacio y separadas por una distancia d. Una tercera carga –Q puede moverse libremente y se encuentra inicialmente en reposo en un bisector perpendicular a la línea que conecta a las dos cargas fijas a una distancia x de la línea. Muestre que si x es pequeña en relación a d, el movimiento de –Q es armónico simple a lo largo del bisector, y determine el período de ese movimiento. b) Qué tan rápido se mueve –Q cuando está en el punto intermedio de las dos cargas

fijas? 13.-¿Cuál debe ser la carga de una partícula de masa 2 g para que permanezca en reposo en el laboratorio al colocarse donde el campo eléctrico está dirigido hacia abajo y es de intensidad igual a 500 N/C? 14.-Entre dos placas planas y paralelas cargadas con cargas iguales y de signos opuestos existe un campo eléctrico uniforme. Se libera un electrón de la superficie de la placa negativa y choca en la superficie de la placa opuesta, distante 2 cm de la primera, en un intervalo de 1,5 x10-3 segundos. (a) Calcular el campo eléctrico; (b) calcular la velocidad del electrón al chocar con la placa.

15.-Se lanza un electrón con una velocidad inicial de 2 x107 m/s en la dirección de un eje equidistante de las placas de un tubo de rayos catódicos (ver figura ). El campo eléctrico uniforme entre las placas, tiene una intensidad de 20.000 N/C y está dirigido hacia arriba. (a) ¿Qué distancia perpendicular el eje ha recorrido el electrón cuando pasa por el extremo de las placas? (b) ¿Qué ángulo con el eje forma su velocidad cuando abandona las placas? (c) ¿A qué distancia por debajo del eje choca con la pantalla fluorescente? 16.-Calcular el campo eléctrico debido a una distribución formada por dos cargas +Q y –Q, en el punto P mostrado en la figura. Resuelva también considerando que R Problema 19.-

Problema 16.Problema 17.-

Problema 18.-

17.-Un cuadrupolo eléctrico lineal es una agrupación de tres cargas como se indica en la figura. Calcular el campo eléctrico de la distribución en puntos sobre el bisector perpendicular. La separación a de las cargas se supone pequeña en comparación con la distancia al punto en cuestión. 18.-Dos esferas idénticas de corcho de masa m y carga q, están suspendidas del mismo punto por medio de dos cuerdas de longitud l. Encontrar el ángulo que la cuerdas forman con la vertical, una vez logrado el equilibrio. 19.-Cinco cargas iguales Q están igualmente espaciadas en un semicirculo de radio R como se indica en la figura. Determinar la fuerza que se ejerce sobre una carga q localizada en el centro del semicirculo.

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20.-Cuando se coloca una carga de prueba qo= 2 nC en el origen, experimenta la acción de una fuerza de 8x10-4 N en la dirección positiva del eje y. (a) Cuál es el campo eléctrico en el origen? (b) Cuál sería la fuerza que se ejercería sobre una carga de -4 nC situada en el origen? (c) Si esta fuerza fuera debida a una carga situada sobre el eje y para y= 3 cm, ¿cuál sería el valor de dicha carga? 21.-Cuatro cargas del mismo valor están dispuestas en los vértices de un cuadrado de lado L, según la figura. (a) Hallar el valor y dirección de la fuerza ejercida sobre la carga situada en el vértice inferior izquierdo pos las otras cargas. (b) Calcular que el campo eléctrico debido a las cuatro cargas en el punto medio de uno de uno de los lados del cuadrado está dirigido a lo largo he dicho lado hacia la carga negativa y que su valor es

Problema 21.-

22.-Una partícula sale del origen con una velocidad de magnitud igual a 3x10 6 m/s, formando un ángulo de 35 con el eje x. Se mueve en un campo eléctrico constante E=Eyj. Determinar la componente del campo en la dirección dl eje y para que la partícula cruce el eje x en x=1,5 cm si (a) se trata de un electrón y (b) es un protón.

CAMPO ELÉCTRICO: Distribución Continua de carga.23.-Encuentre el campo eléctrico en un punto P ubicado a una distancia b sobre el eje Z según la figura y debido a un disco de radio a que tiene una densidad de carga uniforme. Resuelva considerando que el radio es mucho mayor que la distancia al punto Problema 23.-

(a 24.-Calcule el campo eléctrico a una distancia b sobre el eje de un aro muy delgado que posee una densidad superficial de carga uniforme y que muestra en la figura. Resuelva el problema considerando el espesor δ y por tanto una distribución volumétrica de carga. 25.-Calcular el campo eléctrico de una distribución esférica uniforme de carga ρ y de radio a, en un punto P ubicado a una distancia R sobre el eje x. 26.-Calcular el campo eléctrico producido por un alambre delgado de longitud L que porta una carga por unidad de longitud homogénea λ en un punto P, tal como se muestra en la figura. Resuelva considerando que la longitud del alambre es mucho mayor que la

Problema 24.-

distancia al punto (L

.

27.-Un alambre que tiene una densidad de carga lineal uniforme λ se dobla en la forma indicada en la figura. Encuentre el campo eléctrico en el punto O. Problema 25.-

Problema 26.Problema 27.-

TEMA II: LEY DE GAUSS.1.-Usando la ley de gauss, calcular el campo eléctrico debido a una esfera sólida de radio b, no conductora y cargada uniformemente, en los puntos r señalados a continuación:(a) r≥ b y (b) r