UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER - MALAGA ESCUELA DE FÍSICA - FACULTAD DE DE CIENCIAS CIENCIAS CUARTO TALLER FÍSICA II. PROFESOR: CESAR AUGUSTO SARMIENTO ADARME. 1. Un electrón se mueve en el plano del papel de esta guía hacia la parte superior de la página. Además en el plano de la página existe un campo magnético que está dirigido hacia la derecha. ¿Cuál es la dirección de la fuerza magnética sobre el electrón? a) hacia la parte superior, b) hacia la parte inferior, c) hacia el borde izquierdo, d) hacia el borde derecho, e) encima alejándose de la página, f) hacia adentro de la página. 2. Una partícula con carga se mueve en dirección perpendicular a un campo magnético con una trayectoria circular de radio r . i) Una partícula idéntica entra en el campo, con v perpendicular a B, pero con una rapidez más elevada que la primera partícula. En comparación con el radio del círculo que recorre la primera partícula, el radio de la trayectoria circular que traza la segunda partícula es: a) menor, b) mayor o c) igual. ii) La magnitud del campo magnético se incrementa. increment a. De las mismas opciones, compare compar e el radio de la nueva trayectoria circular de la primera partícula con el radio de su trayectoria inicial. 3. Un alambre transporta corriente en el plano del papel en dirección a la parte superior de la página. El alambre experimenta una fuerza magnética hacia el borde derecho de la página. La dirección del campo magnético que crea esta fuerza se localiza a) en el plano de la página y con dirección hacia el borde izquierdo, b) en el plano de la página y con dirección hacia el borde inferior, c) hacia arriba y alejándose de la página, d) hacia abajo y adentro de la página.
4. En la figura, el cubo mide ℓ ( m) de arista. Cuatro segmentos rectos de alambre ab, bc, cd , y da, forman una espira cerrada que conduce la corriente I , en la dirección mostrada en la figura. Un campo magnético B (T) se encuentra en la dirección + y. a) Determine la magnitud y dirección de la fuerza sobre cada segmento; b) Calcule la fuerza total sobre la espira así formada. 5. Hallar el campo magnético producido por un alambre de longitud infinita que lleva una corriente magnéti co en el centro de una espira I . use este resultado para encontrar el campo magnético cuadrada de lado L. 6. Determine el campo magnético debido a una corriente solenoidal. 7. Halle la fuerza sobre la porción del conductor que transporta corriente, cuando en campo magnético está como se ve en la figura. Asuma que los dos tramos de conductor recto tienen una longitud que tiende a infinito. 8. Dos espiras circulares de radio R, se colocan en planos paralelos de manera que los respectivos centros están sobre la misma línea, separados una distancia a. Determine el campo magnético en el punto medio entre los dos centros. Suponga que por las dos bobinas circula la misma corriente y en la misma dirección. 9. La espira rectangular de alambre mostrada en la figura tiene una densidad lineal másica μ = 0.1g/cm y puede rotar sin rozamiento alrededor del lado AB. Por el alambre circula una corriente de 10A, en la dirección mostrada; a) determine el modulo y el sentido del campo magnético orientado según el eje y , que hará que la espira gire hasta que su plano forme un ángulo de 30° con el plano YZ. ¿Qué pasaría si para esta espira cambiamos el campo magnético y lo colocamos sobre la dirección del eje X? 10. Cuatro partículas siguen las trayectorias mostradas en la figura al pasar por el campo magnético que existe allí. ¿Que puede uno concluir con respecto a la carga de cada partícula? ⃗ = 40 ̂ + 35 ̂ km/s. 11. Un electrón dentro den tro de un campo magnético uniforme unifo rme tiene una velocidad vel ocidad Este experimenta una fuerza ⃗ = [-4.2 ̂ + 4.8 ̂ ] fN. Si B x = 0, calcule el campo magnético. (fN ≡ femto Newton; femto = 10 -15) ] km/s y una aceleración constante de 12. Un electrón tiene una velocidad veloci dad inicial inicia l de [12.0 ̂ + 15.0 (2.00*10 12 m/s2) ̂ en una región en la que están presentes campos eléctrico y magnético ⃗. uniformes. Si ⃗ = 400̂ μT, halle el campo eléctrico 13. (a) En un campo magnético con B = 0.50 T, ¿en que radio de trayectoria circulara un electrón a 0.10 de la velocidad de la luz? ( b) ¿Cual será su energía cinética en eV? No considere los pequeños efectos relativistas. 14. En un campo magnético de 1.25 T dirigido verticalmente hacia arriba, una partícula que tiene una carga de magnitud 8.50 μC y se mueve inicialmente hacia el norte a 4.75 km /s se desvía hacia el este. a) ¿Cuál es el signo de la carga de esta partícula? Elabore un diagrama que indique cómo encontró la respuesta. b) Obtenga la fuerza magnética sobre la partícula. 15. Una partícula con carga de 25.60 nC se mueve en un campo magnético magné tico uniforme unif orme ⃗ = . La medición de la fuerza magnética sobre la partícula resulta ser ⃗ = (1.25) (3.40 ∗ 10− ) ̂ + (7.40 ∗ 10− ) ̂ . a) Calcule todas las componentes que pueda de la
velocidad de la partícula con base en esta información. b) ¿Hay componentes de la velocidad que no estén determinadas por la medición de la fuerza? Explique su respuesta. c ) Calcule el ⃗ y diga cuál es el ángulo entre ⃗ ∙ ⃗ y ⃗ producto escalar 16. Un área circular con radio de 6.50 cm yace en el plano xy . ¿Cuál es la magnitud del flujo magnético a través de este círculo debido a un campo magnético uniforme B = 0.230 T, a) en la dirección + z ; b) a un ángulo de 53.1° a partir de la dirección + z ; c ) en la dirección + y ? 17. Un electrón en el punto A de la figura tiene una rapidez v0 de 1.41*106 m/s. Calcule a) la magnitud y la dirección del campo magnético que hará que el electrón siga la trayectoria semicircular entre A y B, y b) el tiempo requerido para que el electrón se mueva de A a B. 18. Un alambre largo que conduce una corriente de 4.50 A forma dos dobleces a 90°, como se muestra en la figura 27.49. La parte flexionada del alambre pasa a través de un campo magnético uniforme de 0.240 T dirigido como se indica en la figura y confinado a una región limitada del espacio. Calcule la magnitud y la dirección de la fuerza que el campo magnético ejerce sobre el alambre. 19. Una bobina rectangular de alambre, de 22.0 cm por 35.0 cm, conduce una corriente de 1.40 A y está orientada con el plano de su espira perpendicular a un campo magnético uniforme de 1.50 T, como se ilustra en la figura. a) Calcule la fuerza neta y par de torsión que el campo magnético ejerce sobre la bobina. b) Se gira la bobina un ángulo de 30.0° en torno al eje que se muestra, de modo que el lado izquierdo salga del pl ano de la figura y el derecho avance hacia el plano. Calcule la fuerza neta y el par de torsión que ahora el campo magnético ejerce sobre la bobina. ( Sugerencia: para visualizar este problema en tres dimensiones, dibuje con cuidado la bobina vista a lo largo del eje de rotación.) 20. Una bobina rectangular uniforme con masa total de 210 g y dimensiones de 0.500 m X 1.00 m, está orientada en forma perpendicular a un campo magnético uniforme de 3.00 T como se ve en la figura. De repente, se inicia una corriente de 2.00 A en la bobina. a) ¿Sobre cuál eje ( A1 o A2) comenzará a girar la bobina? ¿Por qué? b) Encuentre la aceleración angular inicial de la bobina apenas comienza a fluir la corriente. 21. Un alambre rectilíneo largo contiene una región semicircular con radio de 0.95 m, y está colocado en un campo magnético uniforme de magnitud 2.20 T, como se ilustra en la figura 27.60. ¿Cuál es la fuerza magnética neta que actúa sobre el alambre cuando conduce una corriente de 3.40 A? 22. Una barra metálica de 3.00 N y 1.50 m de longitud tiene una resistencia de 10.0 Ω y descansa horizontal sobre alambres conductores que la conectan al circuito de la figura. La barra está en un campo magnético uniforme horizontal de 1.60 T, y no está sujeta a los alambres del circuito. ¿Cuál es la aceleración de la barra justo después de que se cierra el interruptor S? 23. Un alambre que conduce corriente de 28.0 A se dobla en ángulo recto. Considere dos segmentos de 2.00 mm de alambre, cada uno a 3.00 cm del doblez como se ve en la figura. Determine la magnitud y dirección del campo magnético que producen estos dos segmentos en el punto P , que está a la mitad entre ellos.
24. La figura muestra, en sección transversal, varios conductores que transportan corrientes a través del plano de la figura. Las corrientes tienen las magnitudes I 1 = 4.0 A, I 2 = 6.0 A, e I 3 = 2.0 A, con las direcciones que se indican. Se presentan cuatro trayectorias, designadas de a a d . ¿Cuál es la integral de línea ∮ ⃗ ∙ para cada trayectoria? Cada integral implica ir alrededor de la trayectoria en sentido antihorario. Explique sus respuestas. 25. La figura muestra la vista desde un extremo de dos alambres largos y paralelos, perpendiculares al plano xy , cada uno de los cuales conduce una corriente I pero en sentidos opuestos. a) Copie el diagrama y dibuje los vectores que muestren el campo ⃗ en cada ⃗ en el punto P . b) Obtenga la expresión alambre y el campo neto ⃗ en cualquier punto del eje x en términos de para la magnitud de ⃗ ? c ) Dibuje la la coordenada x del punto. ¿Cuál es la dirección de gráfica de la magnitud de ⃗ en puntos sobre el eje x . d ) ¿En qué valor de x es máxima la magnitud de ⃗ e) ⃗ cuando x >> a? ¿Cuál es la magnitud de AB, que se ilustra en la 26. El alambre largo, recto, figura, conduce una corriente de 14.0 A. La espira rectangular cuyos lados largos son paralelos al alambre conduce una corriente de 5.00 A. Encuentre la magnitud y dirección de la fuerza neta que el campo magnético del alambre ejerce sobre la espira. 27. La corriente en el alambre largo y recto AB que se ilustra en la figura va hacia arriba y se incrementa en forma estable a razón di /dt . a) En el instante en que la corriente es i , ¿cuáles son la magnitud y la dirección del campo a una distancia r hacia la derecha del alambre? b) ¿Cuál es el flujo d B a través de la banda angosta y sombreada? c ) ¿Cuál es el flujo total a través de la espira? d ) ¿Cuál es la fem inducida en la espira? e) Determine el valor numérico de la fem inducida si a = 12.0 cm, b = 36.0 cm, L = 24.0 cm, y di /dt = 9.60 A/s. 28. Un rectángulo que mide 30.0 cm por 40.0 cm está localizado en el interior de una región de campo magnético espacialmente uniforme de 1.25 T, con el campo perpendicular al plano de la bobina como se ve en la figura. Se tira de la bobina con en una trayectoria rapidez constante de 2.00 cm /s perpendicular a las líneas de campo. La región del campo termina en forma abrupta, como se ilustra. Encuentre la fem inducida en esta bobina cuando está a) toda adentro del campo; b) parcialmente dentro del campo; c ) toda afuera del campo. 29. Con base en la ley de Lenz, determine el sentido de la corriente en el resistor ab de la figura cuando a) se abre el interruptor S después de haber estado cerrado durante varios minutos; b) la bobina B se acerca a la bobina A con el interruptor cerrado; c ) se reduce la resistencia de R mientras el interruptor permanece cerrado.
30. Se envuelve un tubo de cartón con dos devanados de alambre aislado en sentidos opuestos, como se ilustra en la figura. Las terminales a y b del devanado A se conectan a una batería por medio de un interruptor inverso. Indique si la corriente inducida en el resistor R fluye de izquierda a derecha o de derecha izquierda en las siguientes circunstancias: a) la corriente en el devanado A va de a a b y está aumentando; b) la corriente en el devanado A es de b hacia a y está disminuyendo; c ) la corriente en el devanado A fluye de b hacia a y está en aumento. 31. El alambre largo y recto que se muestra en la figura (a) conduce una corriente constante I . Una barra metálica con longitud L se mueve a velocidad constante como se indica en la figura. El punto a está a una distancia d del alambre. a) Calcule la fem inducida en la barra. b) ¿Cuál punto, a o b, está a mayor potencial? c ) Si se remplaza la barra por una espira rectangular de alambre de resistencia R como se ve en la figura (b), ¿cuál sería la magnitud de la corriente inducida en la espira?
