Una carga puntual positiva está situada en el punto (3,4) m del plano xy. En otro punto del plano se coloca una segunda carga puntual, también positiva y de magnitud el cuádruple de la primera, haciendo que el campo se anule en el origen de coordenadas.
a) Determine la posición de la segunda carga.b) Si el potencial en el origen de coordenadas vale 1,08⋅104 V, encuentre el valor de las cargas.
Dato: Constante de la ley de Coulomb, K=9⋅109 N⋅m2/C2.
Campo eléctricoPotencial eléctricoCargas puntuales
a) Determine la posición de la segunda carga.
Las cargas son positivas. Para que el campo eléctrico se anule en el origen de coordenadas, E1+E2=0, los campos generados por cada carga deben ser de igual magnitud y dirección opuesta. Dado que ambas cargas son positivas, sus campos en el origen apuntarán alejándose de ellas. Esto significa que las cargas deben estar situadas en lados opuestos del origen y sobre la misma línea que pasa por él.La carga q1 está en P1=(3,4) m. La distancia de q1 al origen es:
r1=(3 m)2+(4 m)2=9+16 m=25 m=5 m
El vector de posición de q1 es r1=3i^+4j^. El vector desde q1 hasta el origen es d1=0−r1=−3i^−4j^. Como q1 es positiva, el campo E1 en el origen apunta en la dirección de d1 (alejándose de q1). Por lo tanto:
E1=Kr13q1(0−r1)=Kr13q1(−3i^−4j^)
Para que el campo total en el origen sea cero, el campo E2 debe ser opuesto a E1:
E2=−E1=Kr13q1(3i^+4j^)
La carga q2 también es positiva, por lo que su campo E2 en el origen debe apuntar alejándose de q2. Si E2 apunta en la dirección (3i^+4j^), entonces q2 debe estar situada en la dirección opuesta, es decir, su vector de posición r2 debe ser de la forma r2=λ(−3i^−4j^) para alguna constante λ>0. Por lo tanto, q2 se encuentra en la misma línea que q1 y el origen, pero al lado opuesto del origen.
E2=Kr23q2(0−r2)=Kr23q2(−r2)
Igualando las expresiones para E2 y sabiendo que q2=4q1:
Kr234q1(−r2)=Kr13q1(3i^+4j^)
Cancelando Kq1 y sustituyendo r2=λ(−3i^−4j^) y r2=∣r2∣=λ∣(−3i^−4j^)∣=5λ, y r1=5 m: