Una pequeña bolita cargada de masa 0,50g, situada dentro de un campo eléctrico uniforme vertical que apunta hacia arriba, se mantiene en equilibrio mediante un hilo tenso muy ligero que la sujeta desde abajo (ver esquema).Bolita sujeta por un hilo vertical anclado en el suelo, dentro de un campo eléctrico vertical hacia arribaa) Explicar razonadamente si la carga de la bolita es positiva o negativa.
b) Cuando el campo eléctrico aplicado es 2500V/m, se mide la tensión del hilo y su valor es 4,51⋅10−2N. ¿Cuál es la carga de la bolita?
c) ¿Hasta qué valor puede reducirse el campo eléctrico sin que la bolita caiga? Explicar razonadamente.
Se valorará el uso de esquemas adecuados para ilustrar las explicaciones. Aceleración de la gravedad g=9,80m s−2
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Resultado
q>0q=2,0⋅10−5C=20μCEmıˊn=245V/m
Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo
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Estrategia
Sobre la bolita actúan el peso y la tensión (los dos hacia abajo, porque el hilo tira desde el suelo) y la fuerza eléctrica. Para el equilibrio, la fuerza eléctrica tiene que ir hacia arriba y equilibrar a las otras dos.
2
Desarrollo
a) Peso y tensión apuntan hacia abajo; la única fuerza que puede sostener la bolita es la eléctrica, que debe apuntar hacia arriba, en el sentido del campo. La carga es positiva.
b) Equilibrio vertical:qE=mg+T⟹q=Emg+T=25005⋅10−4⋅9,80+4,51⋅10−2=25005,00⋅10−2=2,0⋅10−5Cc) Al reducir el campo disminuye la fuerza eléctrica y, con ella, la tensión. El hilo deja de estar tenso cuando T=0; por debajo de ese campo, la fuerza eléctrica ya no compensa el peso y la bolita cae:qEmıˊn=mg⟹Emıˊn=qmg=2⋅10−54,9⋅10−3=245V/m
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Consejo
Dibuja las tres fuerzas antes de escribir ecuaciones: el detalle clave es que el hilo sujeta desde abajo, así que la tensión apunta hacia abajo, igual que el peso.
Paso 1 de 3
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