La figura muestra cinco superficies cerradas que rodean varias cargas en un plano. Determine el flujo eléctrico a través de cada superficie: $S_{1}, S_{2}, S_{3}, S_{4}$ y $S_{5}$.

Pregunta:
La figura muestra cinco superficies cerradas que rodean varias cargas en un plano. Determine el flujo eléctrico a través de cada superficie: $S_{1}, S_{2}, S_{3}, S_{4}$ y $S_{5}$. imagen pregunta

Solucion:

Datos:

Podemos aplicar la ley de Gauss directamente a cada una de las superficies cerradas. $$ \Phi_E=\frac{Q_{enc}}{\epsilon_0} $$ \[ \begin{aligned} \\ \text{Para \( S_1: \)} \quad &Q_{\text{enc}}=Q-3 Q=-2 Q \rightarrow \Phi_E=\frac{-2 Q}{\epsilon_0} \\ \\\\ \text{Para \( S_2: \)} \quad &Q_{\text{enc}}=Q+2 Q-3 Q=0 \rightarrow \Phi_E=\frac{0}{\epsilon_0}=0 \\ \\\\ \text{Para \( S_3: \)} \quad &Q_{\text{enc}}=2 Q-3 Q=-Q \rightarrow \Phi_E=\frac{-Q}{\epsilon_0} \\ \\\\ \text{Para \( S_4: \)} \quad &Q_{\text{enc}}=0 \rightarrow \Phi_E=\frac{0}{\epsilon_0}=0 \\ \\\\ \text{Para \( S_5: \)} \quad &Q_{\text{enc}}=2 Q \rightarrow \Phi_E=\frac{2 Q}{\epsilon_0} \\\end{aligned} \]

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Pregunta: Se le dan dos cargas puntuales desconocidas, $Q_{1}$ y $Q_{2}$. En un punto sobre la línea que las une, a un tercio del camino entre $Q_{1}$ y $Q_{2}$, el campo eléctrico es cero (ver Figura). ¿Cuál es el cociente $Q_{1} / Q_{2}$ ? Datos: Resolucion: Campo elétrico en $P$ debido a $Q_1$ $$ E_1=\frac{1}{4 \pi \epsilon_0} \frac{Q_1}{\left(\frac{l}{3}\right)^2}=\frac{1}{4 \pi \epsilon_0} \frac{9 Q_1}{l^2} $$ Campo elétrico en $P$ debiclo a $Q_2$. $$ E_2=\frac{1}{4 \pi \epsilon_0} \frac{Q_2}{\left(\frac{2}{3} l\right)^2}=\frac{1}{4 \pi \epsilon_0} \frac{9 Q_2}{4 l^2} $$ Debido a la condición del problema $$ E_1-E_2=0 \Longrightarrow E_1=E_2 $$ Entonces $$ \begin{aligned} \frac{1}{4 \pi \epsilon_0} \frac{9 Q_1}{l^2} &=\frac{1}{4 \pi \epsilon_0} \frac{9 Q_2}{4 l^2} \\ Q_1 &=\frac{Q_2}{4} \\ \frac{Q_1}{Q_2} &=\frac{1}{4} \end{aligned} $$
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Pregunta: El alambre recto cargado de manera uniforme de la Figura 3 tiene una longitud $l$, donde el punto 0 está en su punto medio. Demuestre que el campo en el punto $\mathrm{P}$, a una distancia $x$ perpendicular desde 0 , está dado por $$ E=\frac{\lambda}{2 \pi \varepsilon_{0}} \frac{l}{\left(l^{2}+4 x^{2}\right)^{1 / 2}}, $$ donde $\lambda$ es la carga por unidad de longitud. Datos: Resolucion: \[ \begin{aligned} d E_x=& d E \cos \theta \\ d E_x=& \frac{1}{4 \pi \epsilon_0} \frac{d Q}{r^2} \cos \theta \\ & \lambda=\frac{d Q}{d y} \Rightarrow d Q=\lambda d y \\ & \cos \theta=\frac{x}{r}=\frac{x}{\left(x^2+y^2\right)^{1 / 2}} \end{aligned} \] \[ \begin{aligned} &d E_x=\frac{1}{4 \pi E_0} \frac{x d y}{\left(x^2+y^2\right)} \frac{x}{\left(x^2+y^2\right)^{1 / 2}}\\ &d E_x=\frac{1}{4 \pi \epsilon_0} \frac{\lambda x d y}{\left(x^2+y^2\right)^{3 / 2}}\\ &E_x=\frac{1}{4 \pi \epsilon_0} \lambda x \int_{-\frac{l}{2}}^{\frac{l}{2}} \frac{1...
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