Question 1

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Dos cargas, de 7·10-6 y 7·10-6 C respectivamente, se encuentran en el vacío en los puntos A=(0,0) y B=(8,0). Determina el trabajo que se ejerce sobre una carga de negative 3·10-6 C que se desplazase desde el punto C=(4,5) hasta el punto D=(4,0).

Las distancias se miden en milímetros. Expresa el resultado en Julios.

Dato: k=9·109N·m2·C-2

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Vamos a resolver este problema aplicando la expresión del trabajo en un campo conservativo:

W subscript C rightwards arrow D end subscript equals E p subscript C minus E p subscript D

Por lo tanto, tenemos que calcular la energía potencial eléctrica en los puntos C y D. Cada una de estas energías es la suma de la energía potencial debida a la carga q1 y la energía potencial debida a la carga q2.

E p subscript C equals E p subscript C 1 end subscript plus E p subscript C 2 end subscript

E p subscript D equals E p subscript D 1 end subscript plus E p subscript D 2 end subscript

Para calcular la energía potencial aplicamos la siguiente expresión:

E p subscript 13 equals k times fraction numerator q subscript 1 times q subscript 3 over denominator d subscript 13 end fraction

Primero lo haremos con el punto C. Para ello debemos conocer la distancia que separa la carga q1 y q3.

d subscript A C end subscript equals square root of left parenthesis x subscript C minus x subscript A right parenthesis squared plus left parenthesis y subscript C minus y subscript A right parenthesis squared end root

Calcula esta distancia en metros y anótala a continuación:

dAC=mm=m

Ya podemos determinar la energía potencial de la carga q3 ubicada en el punto C debida al campo creado por la carga q1.

Calcula la energía potencial Ep13C y anótala a continuación:J.

Como la carga q2 es  que q1 y como la distancia de la carga q1 al punto A es   a la distancia de la carga q2 al punto A, podemos decir que la energía potencial Ep23C vale:J.

Por lo tanto, la energía de la carga q3 en el punto C se calcula sumando las dos energías potenciales que acabamos de calcular.

La energía potencial EpC vale:J.

Repetimos los cálculos para el punto D.

Distancia AD:mm=m

Energía potencial Ep13D:J.

Energía potencial Ep23D vale:J.

Energía potencial EpD vale:J.

Teniendo ya la energía potencial total en los puntos C y D podemos finalizar calculando el trabajo restando el valor de la energía potencial inicial y final:

W=J

Observamos que el trabajo es  y esto es coherente con el hecho de que las cargas q1 y q2  a la carga q3. La fuerza y el desplazamiento tienen   y por eso el trabajo es  .

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