PAU Madrid: física (junio 2026) - ejercicio 1 (8703)

, por F_y_Q

Se han colocado dos placas paralelas perpendiculares a la dirección «x». Una de ellas se ha cargado con carga positiva y la otra con igual carga, pero de signo negativo. Mediante una sonda se ha medido el potencial electrostático en la región entre las placas $$$ 0 \le \text{x} \le 10\ \text{m}$$$. Los valores del potencial se representan en la figura. A partir de ella se ha determinado que el potencial electrostático en el intervalo, $$$ 0 \le \text{x} \le 10\ \text{m}$$$, viene dado por la expresión:

$$$ \text{V}(\text{x}) = -3\text{x}$$$

donde «x» está expresando en metros y «V» en voltios. La intensidad del campo eléctrico está relacionada con el potencial, para el caso unidimensional, mediante la expresión:

$$$ \text{E(x)} = -\dfrac{\text{dV}}{\text{dx}}$$$

a) Calcula el campo eléctrico en el intervalo $$$ 0 \le \text{x} \le 10\ \text{m}$$$.

b) Determina la aceleración que tendría una carga de 10 nC y masa $$$ 6\cdot 10^{-10}\ \text{kg}$$$ que se situara en el punto x = 5 m.

c) Si la carga de 10 nC y masa $$$ 6\cdot 10^{-10}\ \text{kg}$$$ se deja en reposo en el origen de coordenadas, determina su velocidad en el punto x = 5 m.

P.-S.

a) El campo eléctrico se define como la variación del potencial con respecto del tiempo, cambiada de signo. Como conoces la expresión del potencial con respecto del tiempo, derivas y obtienes el valor del campo:

$$$ \text{E}(\text{x}) = -\dfrac{\text{dV}}{\text{dx}} = -\dfrac{-3\text{x}}{\text{dx}} = \color{royalblue}{\bf 3\ V\cdot m^{-1}}$$$

Como puedes ver, el campo eléctrico es uniforme y es constante en todo el intervalo, con sentido positivo en el eje X:

$$$ \color{firebrick}{\boxed{\bf \vec{E} = 3\vec{i}\ V\cdot m^{-1}}}$$$



b) La fuerza que experimenta la partícula es la fuerza producida por el campo eléctrico. Solo tienes que sustituir y calcular:

$$$ \require{cancel} \color{forestgreen}{\bf{F_E = q\cdot E}} = 10\cdot 10^{-9}\ \cancel{\text{C}}\cdot 3\ \text{N}\cdot \cancel{\text{C}^{-1}} = \color{royalblue}{\bf 3\cdot 10^{-8}\ N}$$$

La aceleración que adquiere la puedes calcular a partir de la segunda ley de Newton:

$$$ \text{F}_\text{E} = \text{m}\cdot \text{a}\ \to\ \color{forestgreen}{\bf a = \dfrac{F_E}{m}}$$$

Sustituyes y calculas:

$$$ \text{a} = \dfrac{3\cdot 10^{-8}\ \text{N}}{6\cdot 10^{-10}\ \text{kg}} = \color{firebrick}{\boxed{\bf 50\ m\cdot s^{-2}}}$$$


Como el campo es constante, la aceleración también será constante en el punto indicado y su sentido será positivo en el eje X.

c) Dado que la aceleración es constante, puedes calcular la velocidad a partir de la ecuación de un MRUA:

$$$ \color{forestgreen}{\bf v^2 = v_0^2 + 2\cdot a\cdot x}$$$

La velocidad inicial es nula, según indica el enunciado, y la posición es x = 5 m:

$$$ \text{v} = \sqrt{2\cdot 50\ \text{m}\cdot \text{s}^{-2}\cdot 5\ \text{m}} = \color{firebrick}{\boxed{\bf 22.4\ m\cdot s^{-1}}}$$$