Problema 3 · Física PAU Castilla-La Mancha Ordinaria 2021
Tema: Campo eléctrico: campo, potencial, trabajo y conductores · Del examen Ordinaria (2021)
Enunciado
3. Una esfera de de masa cargada con una carga de módulo cuelga de un hilo ideal de masa despreciable. Se conecta en la región un campo eléctrico horizontal como muestra el esquema y la esfera se mueve a la izquierda hasta topar con una pared, que ejercerá sobre la esfera una fuerza normal . El ángulo que forma la cuerda con la horizontal es .
a)
Realiza un esquema razonado con las fuerzas presentes en el sistema y determina razonadamente el signo de la carga de la esfera.
b)
Escribe las ecuaciones de la estática para este problema y obtén el valor de la tensión y de la reacción normal de la pared.
c)
¿Para qué valor del campo eléctrico la esfera deja de tocar la pared?

Solución
Según los criterios oficiales de corrección
a) Realiza un esquema razonado con las fuerzas presentes en el sistema
Solución: Sobre la esfera actúan cuatro fuerzas: 1. Peso vertical hacia abajo. 2. Tensión a lo largo del hilo, hacia arriba y hacia la derecha, formando un ángulo con la horizontal. 3. Fuerza eléctrica horizontal hacia la izquierda. 4. Fuerza normal horizontal ejercida por la pared hacia la derecha.
a) Determina razonadamente el signo de la carga de la esfera.
Solución: Negativa. El campo eléctrico apunta hacia la derecha y la esfera es empujada hacia la izquierda (hacia la pared). Por tanto, la fuerza eléctrica tiene sentido opuesto al campo eléctrico , lo que implica que .
b) Escribe las ecuaciones de la estática para este problema
Solución: Eje vertical: Eje horizontal:
b) Obtén el valor de la tensión
Solución: N
b) Obtén el valor de la reacción normal de la pared.
Solución: N
c) ¿Para qué valor del campo eléctrico la esfera deja de tocar la pared?
Solución: V/m / N/C
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