Ejercicio B2 · Física PAU Andalucía Ordinaria Titular 2024

a) i) Explique qué es una superficie equipotencial. ¿Qué forma tienen las superficies equipotenciales del campo eléctrico creado por una carga puntual?

Solución: Una superficie equipotencial es el lugar geométrico de los puntos del espacio que tienen el mismo potencial electrostático ($V = \text{cte}$). Para una carga puntual, al ser $V = K\frac{q}{r}$, los puntos a igual distancia $r$ tienen el mismo potencial, por lo que son superficies esféricas concéntricas con la carga.

a) ii) Razone el trabajo realizado por la fuerza eléctrica sobre una carga que se desplaza por una superficie equipotencial.

Solución: El trabajo realizado por la fuerza eléctrica es nulo ($W = 0\text{ J}$).

b) i) Esquema de las fuerzas eléctricas sobre la carga situada en P

Solución: Esquema en los ejes cartesianos mostrando los puntos $A(0,8)$, $B(6,0)$ y el punto medio $P(3,4)$. Las cargas $q_1$ y $q_2$ en $A$ y $B$ son ambas negativas ($-1{,}2\cdot 10^{-6}\text{ C}$) y la carga $q_3$ en $P$ también es negativa ($-1{,}5\cdot 10^{-6}\text{ C}$). Por repulsión electrostática, la fuerza $\vec{F}_{13}$ ejercida por $q_1$ apunta a lo largo de la recta de unión alejándose de $A$ (hacia el cuarto cuadrante), y la fuerza $\vec{F}_{23}$ ejercida por $q_2$ apunta alejándose de $B$ (hacia el segundo cuadrante). Ambas fuerzas tienen igual módulo ($6{,}48\cdot 10^{-4}\text{ N}$) y sentidos opuestos, anulándose mutuamente.