Galicia. Examen PAU resuelto de Física. Septiembre 2015

C3.    En  el  interior  de  una esfera conductora cargada: a) el potencial no es nulo;  b) la carga no es nula;  c) el campo eléctrico no es nulo.

La respuesta correcta es la a. La diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos, se calcula:

Para calcular el potencial en un punto interior de la esfera, el punto A, calculamos la diferencia de potencial entre ese punto y el infinito:

El campo eléctrico que crea una esfera cargada, según el teorema de Gauss, es:

Por lo tanto el potencial:

Vemos que el potencial en el interior de la esfera no es nulo y además es igual al potencial en la superficie de la misma.

C4.    Describe, brevemente, la práctica de óptica geométrica que hiciste en el laboratorio, ayudándote por lo menos de una marcha de rayos.

La práctica de óptica geométrica consiste en comprobar de manera experimental el mecanismo de formación de imágenes a través de una lente convergente, así como calcular la distancia focal y estudiar la posición naturaleza y tamaño de la imagen en función de la distancia entre el objeto y la lente.

El montaje sería el siguiente:

A es un foco luminoso, B una lente convergente situada de tal modo que los rayos que recibe del foco sean paralelos, C un objeto cualquiera, D es la lente convergente a estudio y E es una pantalla donde se forma la imagen, que se busca que sea real e invertida. Dichos objetos deben estar alineados (con el plano de simetría de lentes y pantallas perpendiculares a la línea central de unión de los mismos) al eje óptico. Una vez colocada la lámpara, es necesario lograr que los rayos sigan caminos paralelos, lo que se obtiene intercalando una lente convergente a una distancia de ella igual a su distancia focal (por definición, un objeto colocado a la distancia focal de una lente forma su imagen en el infinito).

Manteniendo la situación del origen, y variando la posición de la lente y de la pantalla, podemos observar las posibilidades de formación de imágenes, su claridad, y su tamaño relativo, su realidad o virtualidad, etc., lo que es la base de la experiencia. Debemos tener en cuenta que la imagen dada por una lente convergente de objetos situados a una distancia menor que la focal es virtual, es decir, se forma en el mismo lado de la lente que el objeto, con lo que no puede ser recogida por una pantalla. Además, otro punto a investigar es la misma distancia focal (por definición, la imagen debe formarse en el infinito) o el doble de ésta.

Los casos que se pueden dar son:

·   Cuando el objeto se coloca a una distancia mayor que el doble de la distancia focal. En este caso la imagen que se produce es real, invertida y de menor tamaño que el objeto.

·     Cuando el objeto se coloca a una distancia igual al doble de la distancia focal. Se forma una imagen real, invertida y de igual tamaño que el objeto.

·     Cuando el objeto se coloca a una distancia mayor que la distancia focal, pero menor que el doble de esta. Se forma una imagen real, invertida y de mayor tamaño que el objeto.

·   Cuando el objeto se coloca a una distancia igual a la distancia focal. En este caso no se forma imagen, porque los rayos refractados salen paralelos y no se cortan.

·     Cuando el objeto se coloca a una distancia menor que la focal. Se forma una imagen virtual, derecha y de mayor tamaño que el objeto.

La marcha de rayos para el primero de los casos, sería el siguiente: