rea Científico - Matemático Profesor Bastián Vargas
Prueba de Física Unidad 1: Electrostática Nombre_______________ Nombre_________________________ _________________ _______ Fecha: __________Curso: __________Curso: _____ Puntaje ___/ 41 Nota: __________
INSTRUCCIONES: -
Lea atentamente cada pregunta, mantenga mantenga un orden y conteste en el espacio que se le designa. Está prohibido el uso de celular durante el horario de prueba. Traspase sus respuestas con lápiz pasta, de lo contrario no habrá derecho a reclamo una vez corregida. Las preguntas que merecen desarrollo matemático deben poseerlo, de lo contrario se considerará puntaje 0. Debe recordar indicar la unidad de medida del resultado que está midiendo, de lo contrario se descontará puntaje.
“Para tener éxito, tus deseos de triunfar deberían ser más grandes que tu miedo de fracasar” I.
SELECCIÓN MÚLTIPLE (1 punto c/u, a excepción de las preguntas 1, 2, 5 y 6 que poseen 2 puntos c/u)
1. Se dispone de dos esferas metálicas ℎ y ℎ , cada una de ellas con carga neta cero. Mediante cierto procedimiento, se extrae de ℎ una cantidad de carga – 2, que se transfiere a ℎ . ¿Cuál es la carga neta final en cada una de las esferas? a) b) c) d) e)
ℎ 2 2 2 2
ℎ 2 2 2
2. Dos cargas q y Q se atraen con una fuerza de magnitud F, como muestra la figura 1.
De acuerdo a lo anterior, la fuerza con que se atraen las cargas de la figura 2 es de magnitud:
a) b) c) d) e)
2 4 5 6
3. Dos esferas conductoras pequeñas P y Q se atraen eléctricamente. Una tercera esfera R cargada eléctricamente, de tamaño similar a las otras, repele a Q y atrae a P. Frente a lo descrito se concluye correctamente que: a) P puede tener carga neta cero. b) Q puede tener carga neta cero. c) Necesariamente Q tiene carga neta cero. d) Necesariamente P tiene carga neta distinta de cero. e) Necesariamente P y Q tienen cargas car gas de distinto signo.
4. Es correcto afirmar que dos cargas puntuales con magnitudes = 3 y = 6 : I. Se atraerán. II. Se repelerán. III. Si agregamos una tercera carga = 2 y la ubicamos entre las dos, e sta se acercará más a . IV. Si agregamos una tercera carga = 2 y la ubicamos entre las dos, esta se acercará más a . a) b) c) d) e)
Solo I Solo II I y III II y III II y IV
5. Una carga puntual ya sea positiva o negativa se caracteriza por poseer un exceso de electrones o una baja de electrones, por lo cual si la carga del electrón es ̅ = 1,6 × 10 −9 [], y una carga puntual posee una carga = 6 , ¿Cuántos electrones posee de exceso? a) b) c) d) e)
3,75 × 10 2,6×10− 1,6×109 6 × 1 0 3,75
6. En la figura se tienen tres esferitas conductoras iguales , , y eléctricamente aisladas que tienen respectivamente cargas netas de valor = 4µ, = 2µ y = 5µ . Se las hace interactuar en la siguiente secuencia: toca a y se separan, a continuación toca a y se separan; entonces la esferita queda con una carga final neta de:
(Debe contener desarrollo)
a) b) c) d) e)
2 2 3 4 7
7. De los siguientes: I) Fricción
II) Conducción III) Contacto
Es o son métodos de electrización: a) b) c) d) e)
I y II I, II y III I, III y IV II y V Todos
IV) Inducción V) Convección
8. En un instante determinado dos cuerpos, 1 y 2, se encuentran separados por una distancia . El cuerpo 1 tiene carga 2 y masa . A su vez, el cuerpo 2 tiene carga y masa 2.
Entonces, considerando solamente la interacción eléctrica y que los cuerpos se repelen, es correcto afirmar que: a) b) c) d) e)
La fuerza sobre el cuerpo 1 es el doble que la que actúa sobre el cuerpo 2. La aceleración del cuerpo 2 es la mitad que la del cuerpo 1. Ambos cuerpos tienen la misma aceleración. La aceleración del cuerpo 2 es el doble que la del cuerpo 1. La fuerza sobre el cuerpo 2 es el doble que la que actúa sobre el cuerpo 1.
9. Tres cuerpos, con cargas ,– y 2 , se encuentran dispuestos a lo largo de una línea recta, como indica la figura:
Si los cuerpos de cargas y – se intercambian entre sí, ¿qué ocurre con la fuerza resultante sobre la carga 2? a) b) c) d) e)
Cambia de signo, manteniendo su módulo. Mantiene su signo y su módulo aumenta al doble. Mantiene su signo y su módulo disminuye a la mitad. No cambia ni su signo ni su módulo. Cambia su signo y su módulo.
10. En una experiencia de laboratorio se tie ne una barra cargada negativamente y un electroscopio en e stado neutro. Se toca la parte superior del electroscopio con la barra cargada. Al respecto se afirma que: I. La parte superior del electroscopio queda positiva. II. Una laminilla del electroscopio queda positiva y la otra negativa III. Ambas laminillas quedan positivas. De las afirmaciones anteriores, es o son correcta (s): a) b) c) d) e)
Sólo I Sólo II Sólo III I y III Ninguna de ellas.
11. Las fuerzas de interacción eléctrica que ejercen entre sí dos cargas puntuales son de igual módulo, tienen la misma dirección y son de sentido contrario. Esta afirmación es ver dadera: a) Solo si las cargas tienen igual signo. b) Solo si las cargas tienen distinto signo. c) Solo si las magnitudes de las cargas son iguales. d) Solo si la distancia de separación entre las c argas es muy grande. e) Siempre.
El siguiente texto sirve para responder las preguntas 12, 13, 14 y 15.
Las tormentas eléctricas Para comprender cómo se originan las tormentas eléctricas, primero es necesario entender que la Tierra está cargada eléctricamente y actúa como una enorme Pila, lo que da origen a lo que se conoce como el Circuito Eléctrico Global. La Tierra en su corteza posee una carga negativa de aproximadamente un millón de coulomb, mientras que una carga positiva de igual magnitud reside en la atmósfera, lo c ual da origen a que exista un flujo de corriente, en el cual, siempre se buscará un equilibrio de éstas cargas. Dado a que la atmósfera no está completamente aislada, existe una pequeña corriente entre la Tierra y la atmosfera. Posteriormente, comienzan a ocurrir cambios entre ellos y buscan un equilibrio, las cargas negativas provenientes de la Tierra, regresan por medio de las tormentas eléctricas, lo cual recarga a la superficie de la Tierra. De igual manera, Las tormentas eléctricas están asociadas a la actividad conectiva. Las nubes cumulonimbos son las formas más grandes de nubes conectivas (son aquellas formadas por el transporte de partículas cargadas desde el suelo a la base de la nube) y típicamente producen descargas eléctricas. De esta manera, se puede definir como una nube que produce truenos, debido a que los truenos son la evidencia audible de que existe actividad eléctr ica y éstos a su vez son producto de los relámpagos o rayos. Por lo general las tormentas tienen tres etapas: 1. Etapa cumulus: El sol calienta la superficie de la Tierra durante el día. El calor de la super ficie calienta el aire cercano, el aire caliente comienza a elevarse (conocido como corriente ascendente). Si el aire es húmedo, entonces el aire caliente se condensa en una nube cumulus. 2. Etapa madura: Cuando la nube cumulus se hace muy grande, el agua en ella se hace muy pesada. Gotas de lluvia comienzan a caer por la nube cuando el aire ascendente ya no puede sostenerlas. Mientras, aire frío comienza a entrar en la nube. Como el aire frío es más pesado que el aire caliente, comienza a descender en la nube (conocido como corriente descendente). La corriente descendente arrastra la pesada agua hacia abajo, provocando lluvia. Esta nube se ha convertido en una nube cumulonimbus porque tiene una corriente ascendente, una corriente descendente, y lluvia. Comienzan a ocurrir truenos y rayos, junto a fuerte lluvia. La cumulonimbus es ahora una celda de tormenta. 3. Etapa de disipación: Después de unos 30 minutos, la tormenta comienza a disiparse. Esto ocurre cuando la corriente descendente empieza a dominar sobre la ascendente. El proceso completo demora cerca de una hora para tormentas ordinarias. Tormentas súper celdas son mucho mayores y más poderosas, y duran v arias horas.
12. Las nube cumulus se caracteriza por: a) Poseer una alta cantidad de gotas de agua. b) Estar compuesta por aire cálido. c) Estar compuesta por aire frio. d) Producir los truenos. e) Producir las descargas eléctricas hacia la corteza terrestre. 13. La nube cumulonimbus se caracteriza por: a) Poseer una alta cantidad de aire cálido. b) Poseer una alta cantidad de aire frio. c) Producir truenos, relámpagos y lluvia. d) Pequeñas cantidades de agua. e) Ser muy pequeña.
14. La Tierra vista como un todo (núcleo, manto, corteza, atmósfera) presenta carga eléctrica: a) Positiva b) Negativa c) Neutra d) Mayor cantidad de electrones e) Mayor cantidad de protones. 15. ¿Por qué razón los rayos viajan desde las nubes a la corteza terrestre? a) Para quitarse la carga eléctrica que posee b) Para volver a cargar la corteza de carga negativa c) Para volver a cargar la corteza de carga positiva d) Para eliminar los protones que tiene de exceso e) Para romper enlaces eléctricos dentro de la nube
II.
PREGUNTAS DE DESARROLLO
1. Esferas muy pequeñas, iguales y cargadas, están alineadas sobre un plano horizontal aislante, tal como muestra la figura. Al abandonar el sistema, de modo que las c argas puedan moverse libremente, si = 2 y = 2
(6 puntos) a. ¿Cuál es la intensidad de la fuerza sobre cada carga? b. ¿Se mueven las cargas?
2. Dos esferas cargadas A y B separadas por 4 sobre una superficie horizontal sin roce. La carga de A es de 4 µ y la de B es de 2 µ . Si solo se considera la interacción eléctrica. ¿C uál es el valor de la fuerza e léctrica que aplica la carga A a la B, y viceversa (en forma vectorial)? (3 puntos)
3. Se tienen 3 cargas como muestra la figura: resultante en . (3 puntos)
= 10 ; = 3 × 1 0− ; = 16 × 10− . Calcular la fuerza
III.
VERDADERO Y FALSO (1 punto c/u)
Conteste con V si es verdadero y F si es falso según corresponda. Debe justificar sus respuestas falsas, de lo contrario no se considerará puntaje. 1. ____ Cuando se fricciona dos cuerpos distintos, los protones de uno pasaran al otro, produciendo que ambos cuerpos se carguen eléctricamente. _________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ 2. ____ Siempre que se acerque un c uerpo cargado a otro, el segundo quedará cargado, ya que se induce una carga en éste. __________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ 3. ____ Cuando cargamos un cuerpo por inducción, éste siempre quedará cargado con distinta carga que la que tenía el cuerpo inductor. _________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ 4. ____ Carles de Fay fue el primero en hablar de cargas eléctricas. ___________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ 5. ____ Los protones tiene carga positiva, los electrones carga negativa y los neutrones carga neutra igual a 0. _______________________________________________________________________________________________ 6. ____ Siempre que cargamos objetos por contacto, estos quedan con cargas distintas. _________________________ _______________________________________________________________________________________________ 7. ____ Si acercamos un tubo de plástico cargado a un chorro de agua, éste chorro se acercara al tubo. _______________________________________________________________________________________________ 8. ____ Cuando tenemos dos objetos cargados con distinto signo, si estos objetos fuesen puestos muy cerca, experimentaran una fuerza de repulsión. ______________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ 9. ____ Si tocamos un objeto conductor que tiene baja carga eléctrica con nuestras manos, lograremos que éste objeto aumente su carga eléctrica. ________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ 10. ____ Para realizar carga por inducción necesitamos conectar el objeto que queremos cargar con la Tierra en algún momento. ______________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________
EJERCICIO DESAFIO (5 puntos) Una esfera posee una carga positiva 30 µ. Calcular: a. b. c. d.
de 80 µ . A 40 del centro de la esfera se encuentra una carga puntual de
El potencial creado por la esfera en las posiciones = 40 = 50 La variación de energía potencial electrostática de la carga al trasladarla desde la posición a . El trabajo necesario para trasladar la carga puntual desde la posición hasta . La diferencia de potencial desde la posición a . (Considere la esfera como una carga puntual).
¡¡¡¡É!!!!
