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Foro de preguntas y respuestas de Física

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    Gabriela Cuevas
    el 13/7/19

    Hola, por favor me ayudan con estos ejercicios, me los dieron en un examen final y no supe como hacerlos:

    Una esfera de acero de 4kg de masa y 5.005 cm de radio es colocada sobre un anillo de Zinc de 10 cm de diámetro, ambos a 0°C.

    a) ¿Cual es la temperatura a partir de la cual la esfera pasa por el anillo?

    b)En esas condiciones ¿Qué masa de hielo a -5°C podría derretir totalmente?

    λzinc= 0.00022 1/°C, λacero= 0.000012 1/°C, C zinc= 0.092 cal/g °C, C acero= 0.115 cal/ g °C.

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    Antonio Silvio Palmitano
    el 15/7/19

    Te ayudamos con el planteo de la primera parte.

    a)

    Planteas la expresión del volumen final de la esfera (observa que se trata de un bloque), y queda:

    Vef = Vei*(1 + 3λac*(tf - ti);

    luego, sustituyes las expresiones de los volúmenes inicial y final de la esfera en función de los radios, y queda:

    (4/3)π*Ref3(4/3)π*Rei3*(1 + 3λac*(tf - ti), multiplicas por 3 y divides por 4π en ambos miembros, y queda:

    Ref3 = Rei3*(1 + 3λac*(tf - ti) (1).

    Planteas la expresión de la longitud final del anillo (observa que se trata de un alambre), y queda:

    Laf = Lai*( 1 + λZn*(tf - ti) );

    luego, sustituyes las expresiones de las longitudes inicial y final del anillo en función de los radios, y queda:

    2π*Raf = 2π*Rai*( 1 + λZn*(tf - ti) ), divides por 2π en ambos miembros, y queda:

    Raf = Rai*( 1 + λZn*(tf - ti) ) (2).

    Luego, observa que para que la esfera pase justo por el anillo, debe cumplirse que los radios sean iguales, por lo que puedes plantear la ecuación:

    Raf = Ref (3).

    Luego, queda que resuelvas el sistema formado por las tres ecuaciones señaladas (1) (2) (3), cuyas incógnitas son los radios finales de la esfera y del anillo, y la temperatura final del sistema (te dejo la tarea).

    Luego, una vez que tienes la temperatura final, observa que ésta es la temperatura inicial de la esfera, y debes plantear que la masa de hielo a derretir (cuyo valor debes determinar), debe elevar su temperatura a 0 °C, y luego cambiar a estado líquido, por lo que tienes que la temperatura final del sistema es 0 °C.

    Haz el intento de terminar la tarea, y si te resulta necesario, no dudes en volver a consultar.

    Espero haberte ayudado.

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    Gabriela Cuevas
    el 13/7/19

    Hola, por favor me ayudan con estos ejercicios, me los dieron en un examen final y no supe como hacerlos:

    En el esquema se muestra dos carros cuyas masas son Ma=100kg; Mb=20kg. El carro A se encuentra comprimiendo 20cm un resorte de K elástica 2000 N/m a una altura H=2m del piso. El tramo PQ=4M tiene un µ c=0.2 y el extremo izquierdo del carro B se encuentra justo en la mitad de ese tramo x=2m.

    Se libera el resorte y el carro A choca de forma perfectamente inelastica al carro B.

    a) Con que Velocidad llega el sistema al inicio del tramo horizontal (sin rozamiento) que se halla a H=0,5m.

    b) Que distancia recorre el sistema sobre este tramo hasta detenerse?


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    Antonio Silvio Palmitano
    el 17/7/19

    Establece un sistema de referencia con eje de posiciones (alturas) OY vertical, con sentido positivo hacia arriba, y con origen de coordenadas a nivel de la posición inicial del carro B que se muestra en la figura.

    a)

    Vamos por etapas.

    1°)

    Planteas conservación de la energía mecánica del sistema carro A-resorte para el trayecto del carro A por el plano inclinado de la izquierda (observa que su velocidad inicial es nula, que su posición vertical final es nula, y que el resorte está inicialmente comprimido), y queda:

    EPei + EPgAi + ECAi = EPef + EPgAf + ECAf, cancelas términos nulos, y queda:

    EPei + EPgAi = ECAf, sustituyes expresiones, y queda:

    (1/2)*k*Δsi2 + MA*g*hAi = (1/2)*MA*vA12, reemplazas valores, y queda:

    (1/2)*2000*0,22 + 100*9,8*2 = (1/2)*100*vA12, aquí resuelves y luego despejas:

    vA1√(40) m/s ≅ 6,325 m/s,

    que es el valor de la rapidez del carro A al llegar al pie del plano inclinado de la izquierda.

    2°)

    Planteas la ecuación trabajo-variación de energía mecánica para el trayecto del bloque A hasta la posición inicial del bloque B (observa que la energía potencial del resorte permanece constante, y que la energía potencial del caro A permanece constante), y queda:

    ECA2 - ECA1 = Wfr, sustituyes expresiones, y queda:

    (1/2)*MA*VA22 - (1/2)*MA*vA12 = -μc*MA*g*Δx1, aquí multiplicas por 2 y divides por MA en todos los términos, y queda:

    VA22 - vA12 = -2*μc*g*Δx1, reemplazas valores, y queda:

    VA22 - ( √(40) )2 = -2*0,2*9,8*2, aquí resuelves, y despejas:

    VA2 = 32,16) m/s ≅ 5,671 m/s,

    que es el valor de la rapidez del carro A cuanto está a punto de chocar con el carro B.

    3°)

    Planteas conservación de la cantidad de movimiento durante el choque del bloque A con el bloque B (observa que el bloque B se encuentra en reposo antes del choque), y queda la ecuación:

    MA*vA2 + MB*vB = (MA + MB)*v3, cancelas el término nulo, y queda:

    MA*vA2 = (MA + MB)*v3, reemplazas valores, y queda:

    100*√(32,16) = (100 + 20)*v3, aquí resuelves y despejas:

    v3 4,726 m/s,

    que es el valor de la rapidez del conjunto formado por los dos carros inmediatamente después del choque.

    4°)

    Planteas la ecuación trabajo-variación de energía mecánica para el trayecto del conjunto formado por los carros A y B desde la posición del choque hasta el pie del plano inclinado de la derecha (observa que la energía potencial del resorte permanece constante, y que la energía potencial del conjunto de carros permanece constante), y queda:

    ECA4 - ECA3 = Wfr, sustituyes expresiones, y queda:

    (1/2)*(MA + MB)*V42 - (1/2)*(MA + MB)*v32 = -μc*(MA + MB)*g*Δx2,

    aquí multiplicas por 2 y divides por (MA + MB) en todos los términos, y queda:

    V42 - v32 = -2*μc*g*Δx2, reemplazas valores, y queda:

    V42 - 4,7262  -2*0,2*9,8*2, aquí resuelves, y despejas:

    V4  (14,495) m/s ≅ 3,807 m/s,

    que es el valor de la rapidez del conjunto formado por los dos carros al llegar al pie del plano inclinado de la derecha.

    5°)

    Planteas conservación de la energía mecánica del conjunto de carros para el trayecto por el plano inclinado de la derecha (observa que su velocidad final es nula, que su posición vertical inicial es nula, y que el resorte está relajado), y queda:

    EPef + EPgi + EC4 = EPef + EPgf + ECAf, cancelas términos nulos, y queda:

    EC4 = EPgf, sustituyes expresiones, y queda:

    (1/2)*(MA + MB)*v52 = (MA + MB)*g*hf, multiplicas por 2 y divides por (MA + MB) en todos los términos, y queda:

    v52 = 2*g*hf, reemplazas valores, y queda:

    v52 = 2*9,8*0,5, aquí resuelves, y despejas:

    v5 ≅ 3,130 m/s,

    que es el valor de la rapidez del conjunto de carros al llegar a la cumbre del plano inclinado de la derecha.

    b)

    Te dejo la tarea.

    Espero haberte ayudado.

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    Mauricio Heredia
    el 11/7/19

    Ayuda con la 1 por favor. Me parece 1ue los datos de tiempo están mal  es correcto? 


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    Antonio Silvio Palmitano
    el 11/7/19

    Aquí debes consultar con tus docentes, porque con seguridad hay un error en el enunciado, tal como tú señalas.

    Luego, planteamos y resolvemos el problema con el segundo intervalo de tiempo: T2 = 15 s.

    Observa que cuando el tren (indicamos a su longitud total como LT), tienes que el desplazamiento de la parte delantera de la locomotora es también LT, por lo que puedes plantear la ecuación desplazamiento-tiempo de Movimiento Rectilíneo Uniforme (tienes el intervalo de tiempo empleado: T1 = 5 s, e indicamos a la rapidez del tren como: v), y queda:

    v*T1 = LT, reemplazas el valor del intervalo de tiempo, y queda:

    v*5 = LT (1).

    Observa que desde que está a punto de entrar al tunes hasta que está a punto de salir, tienes que la locomotora recorre toda la longitud del túnel (L = 100 m), y que para que el tren esté completamente fuera del túnel, tienes que la locomotora recorre además una longitud completa del tren, por lo que puedes plantear la ecuación (observa que aquí también tienes que el intervalo de tiempo empleado es: T2 = 15 s):

    v*T2 = L + LT, reemplazas el valor del intervalo de tiempo y el valor de la longitud del túnel (L = 100 m), y queda:

    v*15 = 100 + LT (2).

    Luego, a partir de la ecuación señalada (1) puedes despejar: v = LT/5 (3);

    luego, sustituyes la expresión señalada (3) en la ecuación señalada (2), y queda:

    (LT/5)*15 = 100 + LT, resuelves el primer miembro, y queda:

    3*LT = 100 + LT, restas LT en ambos miembros, y queda:

    2*LT = 100, divides por 2 en ambos miembros, y queda:

    LT = 50 m;

    luego, reemplazas este valor remarcado en la ecuación señalada (3), resuelves, y queda:

    v = 10 m/s.

    Espero haberte ayudado.

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    David
    el 11/7/19





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    Raúl RC
    el 30/7/19

    pregunta 1:

    a) v=ω·r=2πr/T, despejas el periodo

    b)aplicas conservacion de la energia

    pregunta 2:

    https://www.youtube.com/watch?v=oa14qptpY3Q



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    Mauricio Heredia
    el 11/7/19

    Alguien me podría ayudar con la f12? 


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    Antonio Silvio Palmitano
    el 11/7/19

    Establece un sistema de referencia con origen de coordenadas en la posición de la partícula, con eje OX con dirección horizontal y sentido positivo hacia el eje de giros, y con eje OY con dirección vertical y sentido positivo hacia arriba.

    Luego, observa que sobre la partícula actúan dos fuerzas, de las que indicamos sus módulos, direcciones y sentidos:

    Peso: P = M*g, vertical, hacia abajo;

    Acción Normal de la esfera: N, radial hacia la izquierda y hacia arriba.

    Luego, aplicas la Segunda Ley de Newton (observa que expresamos al módulo de la aceleración centrípeta en función del radio de la esfera y de su rapidez angular), y queda:

    N*cosθ = M*ω2*R (1),

    N*senθ - M*g = 0, aquí sumas M*g en ambos miembros, y queda: N*senθ = M*g (2);

    luego, divides miembro a miembro la ecuación señalada (2) entre la ecuación señalada (1), simplificas, aplicas la identidad trigonométrica de la tangente en función del seno y del coseno, y queda:

    tanθ = g/(ω2*R),

    aquí reemplazas datos (g = 10 m/s2ω = 10 rad/s, R = 100 cm = 1 m), resuelves, y queda:

    tanθ = 0,1,

    aquí compones en ambos miembros con la función inversa de la tangente, y queda:

    θ ≅ 5,711°;

    luego, planteas la expresión de la altura h en función del radio de la esfera y del ángulo θ, y queda:

    h = R - R*senθ,

    aquí reemplazas datos, y queda:

    ≅ 1 - 1*sen(5,711°),

    resuelves, y queda:

    ≅ 0,900 m,

    por lo que puedes concluir que la opción señalada (b) es la respuesta correcta.

    Espero haberte ayudado.

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    Mauricio Heredia
    el 11/7/19

    Saludos únicoos, alguien me podría ayudar con el ejercicio f11? Ya intente varias veces y no me sale. Por favor. 


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    Antonio Silvio Palmitano
    el 11/7/19

    Para describir el movimiento de la bolita, establece un sistema de referencia con eje de poiciones OY vertical con sentido positivo hacia arriba, con origen de coordenadas a nivel del disco, y con instante inicial: ti = 0, correspondiente al comienzo de la caída de la bolita. Luego, planteas la ecuación tiempo-posición de Movimiento Rectilíneo Uniformemente Variado, reemplazas datos iniciales (yi = 20 cm = 0,2 m, vi = 0, a = -g = -10 m/s2), resuelves coeficientes, cancelas términos nulos, y queda:

    y = 0,2 - 5*t2 (1);

    luego, planteas la condición de llegada de la bolita al nivel del disco:

    y = 0, aquí sustituyes la expresión señalada (1), y queda:

    0,2 - 5*t2 = 0, y de aquí despejas:

    t2 = 0,04, extraes raíz cuadrada positiva en ambos miembros, y queda:

    t = 0,2 s, que es el instante en el cuál la bolita alcanza el nivel del disco.

    Luego, como tienes en tu enunciado que en el instante inicial la posición del agujero y la posición inicial de la bolita están en una misma recta vertical, observa que el disco debe volver a encontrarse en esta posición para el instante remarcado, y su desplazamiento angular mínimo debe ser, por lo tanto, igual a un giro completo; luego, planteas la ecuación tiempo-posición angular de Movimiento Circular Uniforme (recuerda que consideramos que el instante inicial es: ti = 0, y observa que consideramos que la posición angular inicial del agujero es: θi = 0), y queda:

    θ = ω*t,

    aquí reemplazas el valor remarcado (t = 0,2 s), y el valor del ángulo girado (θ = 1 giro = 2π rad), y queda:

    2π = ω*0,2, y de aquí despejas:

    ω = 10π rad/s,

    por lo que puedes concluir que la opción señalada (a) es la respuesta correcta.

    Espero haberte ayudado.


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    Ede Gonza
    el 10/7/19

    hola tengo una duda. que coeficiente de rozamiento debo usar para plantiar el ejercicio? y como van las fuerzas.  gracias

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    Raúl RC
    el 30/7/19

    Te recomiendo veas este vídeo:

    https://www.youtube.com/watch?v=50VkJH4s6kg



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    Quiroga
    el 9/7/19

    Alguien me puede echar una manos con el apartado a y b? Gracias adelantadas. 



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    Antonio Silvio Palmitano
    el 11/7/19

    Observa que el campo producido por la carga q1 en el punto P tiene dirección y sentido positivo del eje OY, por lo que su expresión vectorial queda:

    E1 = < 0 , +k*q/a2 >,

    y la expresión del potencial en el punto P queda:

    v1 = +k*q/a.

    Observa que el campo producido por la carga q2 en el punto P tiene dirección y sentido negativo del eje OX, por lo que su expresión queda:

    E2 = < -k*q/a2 , 0 >,

    y la expresión del potencial en el punto P queda:

    v2 = +k*q/a.

    Luego, planteas la expresión vectorial del campo resultante producido por las cargas q1 y q2 en el punto P, y queda:

    E12 = E1 + E2 = < 0 , +k*q/a2 > + < -k*q/a2 , 0 > = < -k*q/a2 , +k*q/a2 >,

    y observa que la expresión de su módulo es:

    |E12| = √(2)*k*q/a2,

    y que su dirección, con respecto al semieje OX positivo, forma un ángulo cuyo valor es: θ = 3π/4 rad = 135°;

    luego, observa que el campo producido por la carga q3 en el punto P debe ser opuesto al campo resultante producido por las otras dos cargas, observa que la carga q3 debe ser negativa, por lo que tienes para su módulo (aquí presta atención al valor de la distancia entre el punto P y el punto donde se encuentra la carga q3):

    |E3| = |E12|, sustituyes expresiones, y queda:

    k*|q3|/(√(2)*a)2√(2)*k*q/a2, resuelves el denominador en el primer miembro, y queda:

    k*|q3|/(2*a2) = √(2)*k*q/a2, multiplicas en ambos miembros por (2*a2), y queda:

    k*|q3| = 2√(2)*k*q, divides por k en ambos miembros, y queda:

    |q3| = 2√(2)*q, que es la expresión del valor absoluto de la carga q3,

    por lo que tienes que su valor es:

    q3 = -2√(2)*q

    y observa que la dirección del campo producido por esta carga en el punto P determina un ángulo con el semieje positivo OX cuyo valor es:

    φ = -π/4 rad = -45°;

    luego, planteas la expresión del potencial producido por la carga q3 en el punto P, y queda:

    V3 = k*q3/(√(2)*a) = k*(-2√(2)*q)/(√(2)*a) = -2*k*q/a;

    luego, planteas la expresión del potencial resultante en el punto P, y queda:

    VP = V1 + V2 + V3, sustituyes expresiones, y queda:

    VP = +k*q/a + k*q/a - 2*k*q/a, resuelves, y queda:

    VP = 0;

    luego, planteas la expresión del trabajo necesario para transportar una carga -Q desde un punto muy alejado del punto P hasta éste, y queda:

    W = -Q*(V - VP), reemplazas los valores de los potenciales, y queda:

    W = -Q*(0 - 0), resuelves, y queda:

    W = 0,

    y observa que para traer a la carga -Q desde un punto muy alejado hasta el punto P, tienes que esta carga es atraída por las cargas q1 y q2 (recuerda que estas dos cargas son positivas), mientras que es repelida por la carga q3 (recuerda que esta carga es negativa), por lo que tienes que los trabajos parciales se compensan.

    Espero haberte ayudado.

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    Brayan Salazar
    el 9/7/19

    Hola , se que son preguntas de universidad , pero necesito ayuda :( (no lo pediría si no estuviera desesperado ) alguien que me pueda ayudar con estos ejercicios .

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    Raúl RC
    el 30/7/19

    te puedo ayudar con el segundo:

    a) debes calcular la resistencia equivalente en paralelo: 1/Req=1/R1 + 1/R2 + 1/R3

    b) aplicas Ley de Ohm V=IR

    c) lo mismo pero con la resistencia total del circuito

    d) el voltaje será el mismo por ser una asociacion en paralelo

    e) aplicas P=V·I (siendo I la intensidad de cada resistencia que has calculado anteriomente)

    f) Cuando el voltaje se incrementa, la corriente I, aumenta y la potencia disipada por la resistencia R, también aumenta. Cuando el valor de la resistencia se incrementa, I disminuye y, disminuye la potencia disipada por la resistencia R,

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    Quiroga
    el 8/7/19

    Hola alguien me puede echar una mano con el apartado 18? Gracias. 


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    Antonio Silvio Palmitano
    el 21/7/19

    Consideramos que el eje OX tiene sentido positivo hacia la derecha, que el eje OY tiene sentido positivo hacia arriba, y que el eje OZ tiene sentido positivo hacia la derecha, todo referido a la figura de tu enunciado, y observa que escribimos en negrita a las expresiones vectoriales.

    Planteas la expresión vectorial del elemento de corriente, y queda:

    IdL = < -IdL , 0 , 0 > (1).

    Planteas la expresión vectorial de la posición del punto A con respecto a la posición del elemento de corriente que se muestra en tu figura, y queda:

    rA = < 0 , -R , 0 > (2), cuyo módulo tiene la expresión: │rA│ = R (3).

    Planteas la expresión vectorial de la posición del punto A con respecto a la posición del elemento de corriente que se muestra en tu figura, y queda:

    rP = < 0 , -R , 2R > (4), cuyo módulo tiene la expresión: │rP│ = √(5)R (5).

    a)

    Planteas la ecuación diferencial vectorial correspondiente a la Ley de Biot-Savart, y queda:

    dBA = ( μ0/(4π) ) * (IdL x rA)/rA3,

    sustituyes las expresiones vectoriales señaladas (1) (2), sustituyes la expresión escalar señalada (3), y queda:

    dBA = ( μ0/(4π) ) * (< -IdL , 0 , 0 > x < 0 , -R , 0 >)/R3,

    resuelves el producto vectorial, y queda:

    dBA = ( μ0/(4π) ) * < 0 , 0 , R*IdL >/R3,

    extraes los factores escalares (R*I) de la expresión vectorial, simplificas, asocias factores y divisores escalares, y queda:

    dBA = ( μ0*I/(4π) ) * < 0 , 0 , dL >/R2 (6);

    luego, observa que para todos los elementos de corriente que quieras considerar en la espira, tienes que su expresión vectorial es la expresión señalada (6), por lo que integras componente a componente para todos los puntos de la espira, y queda:

    BA = 02πR μ0*I/(4π) ) * < 0 , 0 , dL >/R2,

    extraes factores escalares, y queda:

    BA = μ0*I/(4π*R2) ) * 02π*R < 0 , 0 , dL >,

    resuelves la integral vectorial definida, y queda:

    BA = μ0*I/(4π*R2) ) * < 0 , 0 , 2π*R >,

    extraes los factores escalares fuera de la expresión vectorial, y también fuera de la integral, y queda:

    BA = μ0*I/(4π*R2) )*2π*R * < 0 , 0 , 1 >,

    simplificas expresiones escalares, y queda:

    BA = μ0*I/(2π*R) ) * < 0 , 0 , 1 >,

    que es la expresión vectorial del campo magnético en el centro de la espira, cuyo módulo tiene la expresión:

    BA│ = μ0*I/(2π*R),

    por lo que puedes concluir que la expresión señalada (17) es la respuesta correcta.

    Espero haberte ayudado.

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    Antonio Silvio Palmitano
    el 21/7/19

    b)

    Consideramos que el eje OX tiene sentido positivo hacia la derecha, que el eje OY tiene sentido positivo hacia arriba, y que el eje OZ tiene sentido positivo hacia la derecha, todo referido a la figura de tu enunciado, y observa que escribimos en negrita a las expresiones vectoriales.

    Planteas la expresión vectorial del elemento de corriente, y queda:

    IdL = < -IdL , 0 , 0 > (1).

    Planteas la expresión vectorial de la posición del punto A con respecto a la posición del elemento de corriente que se muestra en tu figura, y queda:

    rA = < 0 , -R , 0 > (2), cuyo módulo tiene la expresión: │rA│ = R (3).

    Planteas la expresión vectorial de la posición del punto A con respecto a la posición del elemento de corriente que se muestra en tu figura, y queda:

    rP = < 0 , -R , 2R > (4), cuyo módulo tiene la expresión: │rP│ = √(5)R (5).

    Planteas la ecuación diferencial vectorial correspondiente a la Ley de Biot-Savart, y queda:

    dBP = ( μ0/(4π) ) * (IdL x rP)/rP3,

    sustituyes las expresiones vectoriales señaladas (1) (4), sustituyes la expresión escalar señalada (5), y queda:

    dBP = ( μ0/(4π) ) * (< -IdL , 0 , 0 > x < 0 , -R , 2R >)/( √(5)R )3,

    resuelves el producto vectorial, resuelves el cubo en el denominador escalary queda:

    dBP = ( μ0/(4π) ) * < 0 , 2R*IdL , R*IdL >/ (5√(5)*R)3,

    extraes los factores escalares (R*I) de la expresión vectorial, simplificas, asocias factores y divisores escalares, y queda:

    dBP = ( 5√(5)*μ0*I/(4π) ) * < 0 , 2*dL , dL >/R2 (6);

    luego, observa que para todos los elementos de corriente que quieras considerar en la espira, tienes que su expresión vectorial es la expresión señalada (6), y observa además que sus componentes perpendiculares al eje OZ se compensan entre cada elemento de corriente y su elemento diametralmente opuesto, por lo que tienes que la componente significativa es la que corresponde al eje OZ, ya que las componentes en las direcciones perpendiculares a este eje coordenado se anulan, por lo que integras componente a componente para todos los puntos de la espira, y queda:

    BP = 02πR 5√(5)*μ0*I/(4π) ) * < 0 , 2*dL , dL >/R2,

    extraes factores escalares, y queda:

    BP = 5√(5)*μ0*I/(4π*R2) ) * 02π*R < 0 , 0 , dL >,

    resuelves la integral vectorial definida, y queda:

    BP = 5√(5)*μ0*I/(4π*R2) ) * < 0 , 0 , 2π*R >,

    extraes los factores escalares fuera de la expresión vectorial, y también fuera de la integral, y queda:

    BP = 5√(5)*μ0*I/(4π*R2) )*2π*R * < 0 , 0 , 1 >,

    simplificas expresiones escalares, y queda:

    BP = 5√(5)*μ0*I/(2π*R) ) * < 0 , 0 , 1 >,

    que es la expresión vectorial del campo magnético en el centro de la espira, cuyo módulo tiene la expresión:

    BP│ =5√(5)* μ0*I/(2π*R),

    por lo que puedes concluir que la expresión señalada (18) no es la respuesta correcta.

    Espero haberte ayudado.

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