FísicaDifícilProblema · 2,5 pts

Campo y potencial eléctrico

Andalucía · 2018 · Reserva 3 · Opción B
Enunciado
a) Dos cargas +q+q y −q-q están en AA y BB. Razone el potencial en el punto medio de ABAB. ¿Puede deducirse que el campo es nulo ahí?

b) Dos cargas positivas q1q_1 y q2q_2 están en (0,0)(0,0) y (3,0) m(3,0)\,\text{m}. El campo es nulo en (1,0) m(1,0)\,\text{m} y el potencial en el punto medio entre ambas vale 9⋅104 V9\cdot10^{4}\,\text{V}. Determine q1q_1 y q2q_2.

Dato: K=9⋅109 N m2C−2K = 9\cdot10^{9}\,\text{N m}^2\text{C}^{-2}.
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Resultado
  q1=3⋅10−6 C;q2=1,2⋅10−5 C  \boxed{\;q_1 = 3\cdot10^{-6}\ \text{C}\quad;\quad q_2 = 1{,}2\cdot10^{-5}\ \text{C}\;}
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Estrategia

El potencial es escalar: en el punto medio entre +q+q y −q-q se suman ++ y −- iguales y da V=0V=0, pero de ahí no se deduce E=0E=0 (los campos vectoriales se suman, no se anulan). En b), la anulación del campo en (1,0)(1,0) da una relación entre las cargas (q1/12=q2/22q_1/1^2 = q_2/2^2) y el potencial en el punto medio, una segunda ecuación.
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Desarrollo

a) Sea dd la distancia ABAB. El potencial es una magnitud escalar y se suma algebraicamente; en el punto medio MM, ambas cargas están a d/2d/2:VM=Kqd/2+K(−q)d/2=0V_M = \frac{Kq}{d/2} + \frac{K(-q)}{d/2} = 0Pero de ahí no puede deducirse que E=0E = 0. El campo es un vector y está relacionado con cómo varía el potencial de un punto a otro (E⃗=−∇V\vec E = -\nabla V), no con su valor en un punto. En MM, el campo de +q+q apunta alejándose de AA (hacia BB) y el de −q-q apunta hacia BB: ambos tienen el mismo sentido, de AA hacia BB, y se suman:EM=Kq(d/2)2+Kq(d/2)2=8Kqd2≠0E_M = \frac{Kq}{(d/2)^2} + \frac{Kq}{(d/2)^2} = \frac{8Kq}{d^2} \neq 0(A lo largo del eje ABAB el potencial pasa de positivo a negativo, y el campo apunta en el sentido en que VV disminuye.)

b) Campo nulo en (1,0)(1,0) (a 1 m1\,\text{m} de q1q_1 y 2 m2\,\text{m} de q2q_2). Como ambas cargas son positivas y el punto está entre ellas, sus campos allí tienen sentidos opuestos (q1q_1 empuja hacia +x+x, q2q_2 hacia −x-x); se anulan si sus módulos son iguales:Kq112=Kq222⇒q1=q24⇒q2=4q1\frac{Kq_1}{1^2} = \frac{Kq_2}{2^2}\Rightarrow q_1 = \frac{q_2}{4}\Rightarrow q_2 = 4q_1Potencial en el punto medio (1,5,0)(1{,}5,0) (a 1,5 m1{,}5\,\text{m} de cada carga):V=K(q1+q2)1,5=9⋅104⇒q1+q2=9⋅104⋅1,59⋅109=1,5⋅10−5 CV = \frac{K(q_1+q_2)}{1{,}5} = 9\cdot10^{4}\Rightarrow q_1+q_2 = \frac{9\cdot10^{4}\cdot1{,}5}{9\cdot10^{9}} = 1{,}5\cdot10^{-5}\,\text{C}Con q2=4q1q_2 = 4q_1: 5q1=1,5⋅10−5⇒q1=3⋅10−6 C5q_1 = 1{,}5\cdot10^{-5}\Rightarrow q_1 = 3\cdot10^{-6}\,\text{C}, q2=1,2⋅10−5 Cq_2 = 1{,}2\cdot10^{-5}\,\text{C}.
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Consejo

V=0V=0 no implica E=0E=0 (y viceversa): son magnitudes independientes. En b) usa las dos condiciones como sistema: la del campo nulo relaciona las cargas y la del potencial fija su suma.
Paso 1 de 3
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