Tres cargas están situadas en los vértices de un triángulo rectángulo como indica la figura.Triángulo rectángulo: q1 arriba a la izquierda, q2 en el ángulo recto (abajo a la izquierda) y q3 en A (abajo a la derecha); catetos de 2 cm y 6 cm; B es el cuarto vértice del rectángulo, encima de Aa) Determina la energía potencial electrostática de la carga q3.
b) Calcula la fuerza que siente la carga q2 y su módulo ∣F∣.
c) ¿Cuánto trabajo costaría llevar la carga q3 desde su ubicación inicial (A) a la ubicación alternativa (B)? Indica si sería necesaria una fuerza externa para ello.
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Resultado
Ep(q3)=−6,73⋅105JF2=(−1,25⋅107i+4,5⋅107j)N,∣F2∣=4,67⋅107NWext=−1,15⋅105J:no hace falta fuerza externa; el trabajo lo hace el campo
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Estrategia
Origen en q2, eje X hacia A y eje Y hacia q1: q1(0;0,02), q2(0;0), A(0,06;0) y B(0,06;0,02) (en m). La energía potencial de q3 suma la que tiene con q1 y con q2. Las fuerzas sobre q2 se suman como vectores. El trabajo que hay que hacer para mover q3 es la variación de su energía potencial: si sale negativo, el campo lo hace por sí solo.
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Desarrollo
a) Distancias: r13=0,062+0,022=0,0632m y r23=0,06m.Ep,A=Kq3(r13q1+r23q2)=9⋅109⋅(−5⋅10−3)(0,06322⋅10−3+0,06−10−3)=−6,73⋅105Jb) Fuerza de q1 sobre q2 (signos opuestos: atracción, hacia q1, es decir, +j):F12=K0,022∣q1q2∣=9⋅1094⋅10−42⋅10−3⋅10−3=4,5⋅107NFuerza de q3 sobre q2 (las dos negativas: repulsión, alejándose de q3, es decir, −i):F32=K0,062∣q3q2∣=9⋅1093,6⋅10−35⋅10−3⋅10−3=1,25⋅107NF2=(−1,25⋅107i+4,5⋅107j)N∣F2∣=(1,25⋅107)2+(4,5⋅107)2=4,67⋅107Nc) En B, q3 queda a 0,06m de q1 y a 0,0632m de q2:Ep,B=9⋅109⋅(−5⋅10−3)(0,062⋅10−3+0,0632−10−3)=−7,88⋅105JTrabajo de la fuerza externa:Wext=Ep,B−Ep,A=−7,88⋅105−(−6,73⋅105)=−1,15⋅105JEs negativo: el campo realiza un trabajo positivo de 1,15⋅105J al llevar q3 de A a B. No hace falta aportar energía con una fuerza externa (solo habría que guiar la carga por el camino deseado): la carga negativa q3 tiende a acercarse a la positiva q1.
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Consejo
El signo de cada carga entra en la energía potencial; en las fuerzas, decide el sentido con «iguales se repelen, distintas se atraen» y usa solo los módulos en la fórmula.
Paso 1 de 3
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