FÍSICA III

GRUPOS 5IM02, 5IM05 Y 5IM08

DÉCIMA SEMANA

Puedes acceder a la presentación semanal en el siguiente enlace:

Semana 10

Resuelve los siguientes problemas (en el formato correspondiente):

1.- Una carga puntual q = 3 μC se mueve en un campo eléctrico uniforme E = 500 N/C desde el punto A hasta el punto B, recorriendo una distancia de 0.4 m en la dirección del campo. Calcule el trabajo realizado por el campo eléctrico sobre la carga.

Respuesta: El trabajo realizado por el campo eléctrico sobre la carga es 0.6 mJ (milijoules). Este valor es positivo porque la carga se mueve en la dirección del campo eléctrico.

2.- Un electrón (q = -1.6 × 10⁻¹⁹ C) se mueve 2 cm en dirección opuesta a un campo eléctrico uniforme de magnitud 1000 N/C. ¿Cuánto trabajo realiza el campo eléctrico sobre el electrón?

Respuesta: El trabajo realizado por el campo eléctrico sobre el electrón es 3.2 × 10⁻¹⁸ J. El valor positivo indica que el campo realiza trabajo positivo, ya que la carga es negativa y se mueve en dirección opuesta al campo.

3.- Dos cargas puntuales q₁ = 5 μC y q₂ = -3 μC están separadas por una distancia de 0.3 m en el vacío. Calcule la energía potencial eléctrica del sistema.

Respuesta: La energía potencial eléctrica del sistema es -0.45 J. El valor negativo indica que las cargas se atraen (una es positiva y la otra negativa), y se requeriría energía externa para separarlas hasta el infinito.

4.- Una carga de 2 μC se mueve desde un punto A hasta un punto B en un campo eléctrico. Si el potencial eléctrico en A es 100 V y en B es 40 V, calcule el cambio en la energía potencial de la carga.

Respuesta: El cambio en la energía potencial es -0.12 mJ. El valor negativo indica que la energía potencial disminuye, lo que significa que la carga se mueve espontáneamente de mayor a menor potencial (comportamiento típico de una carga positiva).

5.- Calcule el potencial eléctrico en un punto situado a 0.5 m de una carga puntual de 8 μC en el vacío.

Respuesta: El potencial eléctrico en el punto es 144 kV (kilovoltios). Este valor es positivo porque la carga fuente es positiva.

6.- Tres cargas puntuales están ubicadas en los vértices de un triángulo equilátero de lado 0.2 m: q₁ = 4 μC, q₂ = -2 μC y q₃ = 3 μC. Calcule el potencial eléctrico en el centro del triángulo.

Respuesta: El potencial eléctrico en el centro del triángulo es aproximadamente 389.5 kV.

7.- Una carga de 5 μC se mueve sobre una superficie equipotencial de 200 V recorriendo una distancia de 0.8 m. ¿Cuánto trabajo realiza el campo eléctrico sobre la carga?

Respuesta: El trabajo realizado por el campo eléctrico es 0 J. Esto es una propiedad fundamental: el campo eléctrico no realiza trabajo cuando una carga se mueve sobre una superficie equipotencial, porque el movimiento es siempre perpendicular al campo eléctrico.

8.- En una región del espacio existe un campo eléctrico uniforme de 800 N/C dirigido hacia abajo. Calcule la diferencia de potencial entre dos puntos A y B separados verticalmente por 0.25 m, donde B está por encima de A.

Respuesta: La diferencia de potencial entre B y A es 200 V. El punto B tiene un potencial 200 V mayor que el punto A, lo cual es consistente con el hecho de que el campo eléctrico apunta de mayor a menor potencial.

9.- Un protón (q = 1.6 × 10⁻¹⁹ C, m = 1.67 × 10⁻²⁷ kg) es acelerado desde el reposo a través de una diferencia de potencial de 1000 V. Calcule: (a) el trabajo realizado sobre el protón, (b) la velocidad final del protón.

Respuesta: (a) El trabajo realizado sobre el protón es 1.6 × 10⁻¹⁶ J. (b) La velocidad final del protón es aproximadamente 4.38 × 10⁵ m/s o 438 km/s.

10.- Dos placas conductoras paralelas están separadas por 5 cm y tienen una diferencia de potencial de 120 V entre ellas. Calcule: (a) la magnitud del campo eléctrico entre las placas, (b) la fuerza sobre un electrón ubicado entre las placas.

Respuesta: (a) La magnitud del campo eléctrico entre las placas es 2400 N/C. (b) La magnitud de la fuerza sobre el electrón es 3.84 × 10⁻¹⁶ N. La dirección de la fuerza es opuesta a la dirección del campo eléctrico, ya que el electrón tiene carga negativa.

Los procedimientos para la resolución de los problemas, los puedes encontrar en el siguiente enlace (da click sobre de este):

Procedimientos de resolución para los problemas