CUESTIÓN FÍSICA PAU ELECTROSTÁTICO
2º BACHILLERATO CANARIAS 2024
CUESTIÓN RESUELTA PASO A PASO. FÍSICA 2º BACHILLERATO. CAMPO ELÉCTRICO. EXAMEN EBAU/PAU JULIO 2024 CANARIAS:
IR SI SE DESEA A LOS ENUNCIADOS DE LOS EXÁMENES EBAU/PAU DE FÍSICA DE 2º DE BACHILLERATO DE JUNIO Y JULIO DEL 2024 EN CANARIAS, DE LOS QUE SE HA EXTRAÍDO ESTE EJERCICIO:
PUEDE INTERESAR LA CONSULTA DE LOS SIGUIENTES MATERIALES RELACIONADOS CON ESTA CUESTIÓN DENTRO DE ESTE PROYECTO DE MEJORA DEL APRENDIZAJE EN CIENCIAS:
SIGUE EL PROCESO DETERMINADO POR EL DESARROLLO DE LA ASIGNATURA DE FÍSICA DE 2º DE BACHILLERATO DE ESTE PROYECTO DE MEJORA DEL APRENDIZAJE EN CIENCIAS: FÍSICA DE 2º DE BACHILLERATO: DESARROLLO DE LA ASIGNATURA
CUESTIÓN F2BE2830:
Enuncie y formule vectorialmente la ley de fuerzas de Coulomb entre dos cargas puntuales q1 y q2. Represente en un dibujo el vector fuerza que ejerce la carga q1 sobre la carga q2, y todas las otras magnitudes que aparecen en dicha ley vectorial, para el caso en el que ambas cargas sean del mismo signo.
Además, sabiendo que esta fuerza es conservativa, proporcione la expresión de la energía potencial correspondiente.
SOLUCIÓN DE LA CUESTIÓN:
LEY DE COULOMB:
Entre dos partículas cargadas aparece una fuerza, de atracción o de repulsión si son de distinto signo o del mismo signo respectivamente.
El valor de la fuerza es directamente proporcional al producto de sus cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa. La constante de proporcionalidad, constante eléctrica K, depende del medio.
Notar la similitud con la Ley de Gravitación Universal, que desde varios puntos de vista, debe hacernos pensar en las relaciones entre los comportamientos naturales.
En los medios materiales el valor de K es menor que en el vacío.
Su valor en el vacío es K=9·109 Nm2/C2, que comparado con la pequeñísima Constante de Gravitación Universal nos indica el muchísimo mayor efecto de los comportamientos electrostáticos, frente a los gravitatorios.
La expresión de la Ley de Coulom, por lo tanto:
Que vectorialmente:
Donde el vector F12 indica la fuerza que la carga 1 hace sobre la carga 2 (estando aplicada en la carga 2) y el vector r12 es el vector que sale de la carga 1 y termina en la carga 2, siendo r12 su módulo; el vector ur12 es el vector unitario en la dirección y sentido del vector r12. La expresión vectorial funciona en un sistema de referencia y mantiene los sentidos apropiados si las cargas se incluyen en la expresión, cada una, con su signo.
F12 y F21 tienen el mismo valor en módulo y sentidos contrarios (vectores con distinto signo), ya que es la misma fuerza la que la carga 1 hace sobre la carga 2, que la que la carga 2 hace sobre la carga 1, tal y como se puede deducir de la expresión de la Ley de Coulomb.
Si las cargas tienen el mismo signo:
ENERGÍA POTENCIAL ELECTROSTÁTICA (ELÉCTRICA):
La fuerza de interacción electrostática (eléctrica) es conservativa, al igual que la gravitatoria, puesto que el trabajo realizado por ella sobre un cuerpo que se desplaza desde una posición inicial a otra final, sólo depende de esas posiciones. Cuando esto ocurre, el trabajo de la fuerza lleva asociada una magnitud que llamamos energía potencial con la que el trabajo se relaciona con ella del siguiente modo:
La expresión de esa nueva magnitud, energía potencial, en este caso energía potencial electrostática (eléctrica):
Donde K es la constante eléctrica del medio, Q y q son los valores de las cargas (con su signo en la expresión) y r la distancia que las separa.
La unidad de la energía potencial, como energía que es, en el S.I. es el Julio (J) y la energía potencial puede ser positiva o negativa, dependiendo del signo de las cargas.