Questao lei de_coulomb_e_potencial_el_atrico

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Questao lei de_coulomb_e_potencial_el_atrico

  1. 1. Instrumento: ATIVIDADE FIXAÇÃO CAPÍTULO 2 e 3 1ª etapa / 2013 Disciplina: FÍSICA Professor(a): BETINE ROST Data: MARÇO/ 2013 Série: 3ª Série do Ensino Médio Turma: ________ Nome: _________________________________________ N°: ___________1. (Unicamp 2013) Em 2012 foi comemorado o centenário da descoberta dos raios cósmicos, que são partículasprovenientes do espaço.a) Os neutrinos são partículas que atingem a Terra, provenientes em sua maioria do Sol. Sabendo-se que a distância do Sol à Terra é igual a 1,5  10 m , e considerando a velocidade dos neutrinos igual a 3,0  10 m/s , calcule o tempo 11 8 de viagem de um neutrino solar até a Terra.b) As partículas ionizam o ar e um instrumento usado para medir esta ionização é o eletroscópio. Ele consiste em duas hastes metálicas que se repelem quando carregadas. De forma simplificada, as hastes podem ser tratadas como dois pêndulos simples de mesma massa m e mesma carga q localizadas nas suas extremidades. O módulo da força q2 elétrica entre as cargas é dado por Fe  k , sendo k = 9  10 N m /C . Para a situação ilustrada na figura abaixo, 9 2 2 2 d qual é a carga q, se m = 0,004 g? Resposta: ΔSa) Como V  , teremos: Δt ΔS 1,5x1011 V  3,0x108   Δt  0,5x103 s Δt Δt Resposta: Δt  5,0x102 sb) T  mg  Fe  0 Fe F Tg45   1  e  Fe  mg mg mg q2 Como Fe  k : d2 q2 Fe  mg  k  mg d2 De acordo com o enunciado: k = 9  10 N m /C 9 2 2 -2 d = 3 cm = 3x10 m
  2. 2. -6 m = 0,004 g = 4x10 kg 2 g = 10 m/s Substituindo os valores: q2 9x109.q2 k  mg   4x106.10  q2  4x1018 d2 (3x102 )2 Resposta: | q | 2,0x109 C2. (Epcar (Afa) 2013) Uma partícula de massa m e carga elétrica negativa gira em órbita circular com velocidade escalarconstante de módulo igual a v, próxima a uma carga elétrica positiva fixa, conforme ilustra a figura abaixo.Desprezando a interação gravitacional entre as partículas e adotando a energia potencial elétrica nula quando elas estãoinfinitamente afastadas, é correto afirmar que a energia deste sistema é igual a 1a)  mv 2 2 1b)  mv 2 2 2c)  mv 2 2 2d)  mv 2 2Resposta:[A]A força elétrica age como resultante centrípeta sobre a partícula de carga negativa.Assim: k Q q mv 2F F    R R el rescent 2kQ q  m v . I 2 RA energia do sistema é a soma da energia cinética com a energia potencial elétrica: m v k Q  q  2E  E E    2 R pot cin mv kQq . II 2E  2 RSubstituindo (I) em (II): mv 2 1E mv 2  E   mv . 2 2 2
  3. 3. 3. (Upe 2013) Considere a Terra como uma esfera condutora, carregada uniformemente, cuja carga total é 6,0 μC, e a 8distância entre o centro da Terra e um ponto P na superfície da Lua é de aproximadamente 4 x 10 m. A constante 9 2 2eletrostática no vácuo é de aproximadamente 9 x 10 Nm /C . É CORRETO afirmar que a ordem de grandeza dopotencial elétrico nesse ponto P, na superfície da Lua vale, em volts, -2a) 10 -3b) 10 -4c) 10 -5d) 10 -12e) 10Resposta:[C] kQ 9x109 x6x106V  1,35x104  104 volts r 8 4x104. (Espcex (Aman) 2013) Duas esferas metálicas de raios R A e RB , com RA  RB , estão no vácuo e isoladaseletricamente uma da outra. Cada uma é eletrizada com uma mesma quantidade de carga positiva. Posteriormente, asesferas são interligadas por meio de um fio condutor de capacitância desprezível e, após atingir o equilíbrio eletrostático,a esfera A possuirá uma carga QA e um potencial VA , e a esfera B uma carga QB e um potencial VB . Baseado nasinformações anteriores, podemos, então, afirmar quea) VA  VB e QA  QBb) VA  VB e QA  QBc) VA  VB e QA  QBd) VA  VB e QA  QBe) VA  VB e QA  QBResposta:[D]Dois condutores eletrizados, quando colocados em contato, trocam cargas até que seus potenciais elétricos se igualem. k QA k QB QA QBVA  VB     . RA RB RA RBComo as cargas são positivas:R A < R B  Q A < Q B.5. (Uem 2012) João fixou quatro cargas elétricas pontuais não nulas sobre um plano horizontal, de modo que cadacarga se situe sobre um vértice diferente de um mesmo quadrilátero convexo ABCD; isto é, as medidas de seus ângulosinternos são todas inferiores a 180°. Além disso, a força elétrica resultante das cargas situadas em B, C e D atuandosobre o vértice A é nula. Levando-se em conta a situação descrita, assinale o que for correto.01) Os sinais das cargas situadas nos vértices adjacentes ao vértice A devem ser opostos.02) Se João colocou nos vértices adjacentes a A cargas de mesmo módulo, e tais vértices equidistam de A, então o quadrilátero formado é, necessariamente, um trapézio.04) O campo elétrico resultante em A dos campos gerados pelas cargas situadas em B, C e D é nulo.08) João pode ter obtido a situação utilizando quatro cargas de mesmo módulo e dispondo-as sobre os vértices de um losango cujo ângulo interno do qual A é vértice mede 120 graus.16) No caso em que o quadrilátero em questão é um quadrado, o módulo da carga situada sobre o vértice C (oposto a A) deve ser, necessariamente, o dobro do módulo da carga que ocupa o vértice B.Resposta:
  4. 4. 04 + 08 = 12.Obs: entendamos, aqui, vértices adjacentes como vértices consecutivos.01) Incorreto. Uma das possibilidades de equilíbrio está mostrada na figura abaixo. Como se pode notar, ambas as cargas situadas nos vértices B e D, adjacentes ao vértice A, atraem a carga situada no vértice A, logo elas têm mesmo sinal.02) Incorreto. Pode ser, por exemplo, um quadrilátero como o mostrado abaixo, que não é um trapézio.04) Correto. Se a força resultante é nula, o vetor campo elétrico nesse ponto também é nulo.08) Correto. Num losango em que um dos ângulos internos é 120°, a diagonal menor tem a mesma medida (L) do lado. Assim, se a carga A está num desses vértices, ela equidista das outras três, que, por terem mesmo módulo, exercerão sobre ela forças de mesma intensidade (F). Da mecânica, sabemos que se três forças de mesma intensidade formam, duas a duas, 120° entre si a resultante delas é nula. A figura abaixo ilustra essa situação.16) Incorreto. No caso de o quadrilátero ser um quadrado, para que a força resultante seja nula, as cargas nos vértices adjacentes, B e D, devem necessariamente ter mesmo nódulo, caso contrário a resultante não tem a mesma direção da bissetriz, impedindo a condição de força resultante nula. Considerando q o módulo da carga no vértice A, Q o módulo das cargas nos vértices adjacentes, B e D, e Q’ o módulo da carga no vértice oposto, C, as forças aplicadas sobre a carga no vértice A são as mostradas na figura, para o caso de equilíbrio.
  5. 5. Lembrando que a diagonal de um quadrado de lado L é L 2, calculemos, então, o módulo de Q’. KQ q FBA  FDA  F  . L2 K Q q K Q q KQ q Q Q FCA  F 2   2   2  L 2  L 2  2 2 L2 2 L2 L2 Q  2 2 Q.6. (Uftm 2012) O gráfico mostra como varia a força de repulsão entre duas cargas elétricas, idênticas e puntiformes, emfunção da distância entre elas.Considerando a constante eletrostática do meio como k  9  109 N  m2 C2 , determine:a) o valor da força F.b) a intensidade das cargas elétricas.Resposta:a) Aplicando a lei de Coulomb aos pontos mostrados no gráfico:  kQ 2 F  2  kQ   0,3 2 F kQ 2  0,12 F      d2  kQ 2 9  103  0,3 2 k Q 2 3 9  10     0,12 F  0,12 F 1     9  103  0,3 2 9  10 3 9 F  1 103 N.b) Aplicando novamente a lei de Coulomb:
  6. 6. 2 kQ 2 F F  k Q  F d2  Q d  2 k d 9  103 Q  0,1  0,1 106  9 9  10 Q  1 104 C.7. (Ueg 2012) Duas partículas de massas m1 e m2 estão presas a uma haste retilínea que, por sua vez, está presa, apartir de seu ponto médio, a um fio inextensível, formando uma balança em equilíbrio. As partículas estão positivamentecarregadas com carga Q1  3,0C e Q2  0,3C . Diretamente acima das partículas, a uma distância d, estão duasdistribuições de carga Q3  1 C e Q4  6,0C , conforme descreve a figura ,0Dado: k0  9,0  109 N  m2 /C2 2Sabendo que o valor de m 1 é de 30 g e que a aceleração da gravidade local é de 10 m/s , determine a massa m2Resposta:A partir da informação, fornecida pelo enunciado, de que a haste está presa em seu ponto médio formando uma balançaem equilíbrio, podemos concluir que a resultante das forças que atuam nas massas m1 e m2 , é igual a zero.Desenhando as forças que atuam em Q1m1 e Q2m2 :Onde: K 0 . Q1 . Q3F1: força elétrica trocada entre Q1 e Q3; F1  d2P1: força peso que atua na partícula m1 ; P  m1.g 1 K . Q . Q4F2: força elétrica trocada entre Q2 e Q4; F2  0 2 d2P2: força peso que atua na partícula m2 ; P2  m2 .gComo a resultante das forças que atuam nas massas m1 e m2 é igual a zero: P1  F e P2  F2 1 K0 . Q1 . Q3 K0 . Q1 . Q3P1  F1  m1.g   d2  2 m1.g dSubstituindo os valores: (lembre-se que 1  106 e que 1g  103 kg ) μ 9  109.3  106.1 106d2   d  0,3m 30  103.10
  7. 7. K0 . Q2 . Q4 K 0 . Q2 . Q4P2  F2  m2 .g   m2  d2 d2 .gSubstituindo os valores: (lembre-se que 1  106 ) μ 9  109.0,3  106.6  106m2   m2  0,018kg  18g  0,3 2 .108. (Ucs 2012) O transistor MOSFET é um componente muito importante na eletrônica atual, sendo o elemento essencial,por exemplo, na composição dos processadores de computador. Ele é classificado como um transistor de Efeito deCampo, pois, sobre uma parte dele, chamada porta, atua um campo que provoca uma diferença de potencial cujo papelé regular a intensidade da passagem de corrente elétrica entre as duas outras partes do MOSFET, a fonte e o dreno. Ocampo em questão é oa) magnético.b) de frequências.c) gravitacional.d) nuclear.e) elétrico.Resposta:[E]Somente ocorre diferença de potencial ao longo do campo elétrico.9. (Epcar (Afa) 2012) A figura abaixo ilustra um campo elétrico uniforme, de módulo E, que atua na direção da diagonalBD de um quadrado de lado .Se o potencial elétrico é nulo no vértice D, pode-se afirmar que a ddp entre o vértice A e o ponto O, intersecção dasdiagonais do quadrado, éa) nula 2b) E 2c) 2Ed) EResposta:[A]Nulo, pois o segmento de reta AOC é uma equipotencial.
  8. 8. TEXTO PARA A PRÓXIMA QUESTÃO:Dados:Aceleração da gravidade: 10 m/s2Densidade do mercúrio: 13,6 g/cm3Pressão atmosférica: 1  105 N/m2 ,0Constante eletrostática: k0  1 40  9,0  109 N  m2 C210. (Ufpe 2012) O gráfico mostra a dependência do potencial elétrico criado por uma carga pontual, no vácuo, emfunção da distância à carga. Determine o valor da carga elétrica. Dê a sua resposta em unidades de 109 C .Resposta: k .QO potencial elétrico criado por uma carga pontual é dado por: V  0 . rDo gráfico temos: V = 300 v e r = 0,15 m.Ou seja: k .Q 9.109.QV  0  300  r 0,15Q  5.109 C.11. (Uel 2011) Devido ao balanceamento entre cargas elétricas positivas e negativas nos objetos e seres vivos, não seobservam forças elétricas atrativas ou repulsivas entre eles, em distâncias macroscópicas. Para se ter, entretanto, umaideia da intensidade da força gerada pelo desbalanceamento de cargas, considere duas pessoas com mesma altura epeso separadas pela distância de 0,8 m. Supondo que cada uma possui um excesso de prótons correspondente a 1% desua massa, a estimativa da intensidade da força elétrica resultante desse desbalanceamento de cargas e da massa queresultará numa força-peso de igual intensidade são respectivamente:Dado:Massa de uma pessoa: m = 70 kg 17 3a) 9 x 10 N e 6 x 10 kg 24 24b) 60 x 10 N e 6 x 10 kg 23 23c) 9 x 10 N e 6 x 10 kg 17 16d) 4 x 10 N e 4 x 10 kg 20 19e) 60 x 10 N e 4 x 10 kgResposta:[B]Dados: M = 70 kg; r = 0,8 m; m = 1%M.Calculando a massa de prótons:
  9. 9. 1m  1% M  70  m  0,7 kg. 100 –27Considerando a massa do próton igual a 1,7 × 10 kg, a quantidade (n) de prótons é: 0,7n 27  n  4,1 1026.10 1  10 ,7 –19Sendo e = 1,6 × 10 C o valor da carga elementar, a carga (Q) de cada pessoa é:Q  ne  4,1 1026  1  1019  6,6  107 C. ,6Pela lei de Coulomb, calculamos a intensidade da força de repulsão entre as pessoas. Considerando a constante 9 2 2eletrostática K = 9 × 10 N.m /C , vem:   2 kQ2 9  10 6,6  10 9 7 9  109  43,56  1014F 2    d 0,82 0,64F  60  1024 kg.A massa correspondente a um peso de igual intensidade é:P  F  mg  60  1024  m 10  m  6  1024 kg.12. (G1 - ifsc 2011) Um pêndulo elétrico de comprimento R e massa m = 0,2 kg, eletrizado com carga Q positiva, érepelido por outra carga igual, fixa no ponto A. A figura mostra a posição de equilíbrio do pêndulo.Dados: g  10m / s2Assinale a alternativa correta. Qual é o módulo das cargas?a) 60.107 C .b) 60  1013 Cc) 6  107 Cd) 40  107 C .e) 4.107 C .Resposta:[A]A Figura 1 mostra a forças que agem sobre a esfera colocada em B. Como há equilíbrio, essas forças devem formar umtriângulo, como mostra a Figura 2.
  10. 10. Suponhamos que essas esferas estejam no vácuo, onde a constante eletrostática é k  9  109 N.m /C . 2 2Dado: d = 6 cm = 6  102 m.Na Figura 1: 6 3tg    0,75. 8 4Na Figura 2: F kQ2 mg tg d2tg   F  P tg  2  mg tg  Q2   P d k 4 0,2  10  0,75  36  10Q2   60  10 14  9  10 9Q  60  107 C.13. (Uesc 2011) Considere um modelo clássico de um átomo de hidrogênio, onde um elétron, de massa m e carga –q,descreve um movimento circular uniforme, de raio R, com velocidade de módulo v, em torno do núcleo.A análise das informações, com base nos conhecimentos da Física, permite concluir:a) A intensidade da corrente elétrica estabelecida na órbita é igual a qv/R.b) O raio da órbita é igual a kq2 / mv 2 , sendo k a constante eletrostática do meio.c) O trabalho realizado pela força de atração que o núcleo exerce sobre o elétron é motor.d) A resultante centrípeta é a força de atração eletrostática que o elétron exerce sobre o núcleo.e) O núcleo de hidrogênio apresenta, em seu entorno, um campo elétrico e um campo magnético.Resposta:[B] kqq v2 kq2A força centrípeta é a força de atração eletrostática entre o próton e o elétron. m r  . r2 r mv214. (Ufrgs 2011) Assinale a alternativa que preenche corretamente as lacunas no fim do enunciado que segue, naordem em que aparecem.Três esferas metálicas idênticas, A, B e C, são montadas em suportes isolantes. A esfera A está positivamentecarregada com carga Q, enquanto as esferas B e C estão eletricamente neutras. Colocam-se as esferas B e C emcontato uma com a outra e, então, coloca-se a esfera A em contato com a esfera B, conforme representado na figura.
  11. 11. Depois de assim permanecerem por alguns instantes, as três esferas são simultaneamente separadas. Considerando-se  que o experimento foi realizado no vácuo k 0  9  109 N  m2 / C2 e que a distância final (d) entre as esferas A e B émuito maior que seu raio, a força eletrostática entre essas duas esferas é _______ e de intensidade igual a _______.  a) repulsiva  k0Q2 / 9d2b) atrativa  k Q /  9d  0 2 2c) repulsiva  k Q /  6d  0 2 2d) atrativa  k Q /  4d  0 2 2e) repulsiva  k Q /  4d  0 2 2Resposta:[A]O triplo contato faz com que a carga total divida-se por três. QPortanto, qA  qB  . 3 Q Q x k Q2A força será repulsiva de valor: k 0 3 2 3  0 2 . d 9d15. (Ifsp 2011) Na figura a seguir, são representadas as linhas de força em uma região de um campo elétrico. A partirdos pontos A, B, C, e D situados nesse campo, são feitas as seguintes afirmações:I. A intensidade do vetor campo elétrico no ponto B é maior que no ponto C.II. O potencial elétrico no ponto D é menor que no ponto C.III. Uma partícula carregada negativamente, abandonada no ponto B, se movimenta espontaneamente para regiões de menor potencial elétrico.IV. A energia potencial elétrica de uma partícula positiva diminui quando se movimenta de B para A.É correto o que se afirma apenas ema) I.b) I e IV.c) II e III.d) II e IV.e) I, II e III.Resposta:[B]Analisando cada uma das afirmações:I. Correta. Quanto mais concentradas as linhas de força, mais intenso é o campo elétrico.II. Falsa. No sentido das linhas de força o potencial elétrico é decrescente, portanto VD > VC.III. Falsa. Partículas com carga negativa sofrem força em sentido oposto ao do vetor campo elétrico, movimentando-se espontaneamente para regiões de maior potencial elétrico.IV. Correta. Partículas positivamente carregadas movimentam-se espontaneamente no mesmo sentido dos menores potenciais, ganhando energia cinética, consequentemente, diminuindo sua energia potencial.
  12. 12. 16. (Upe 2011) Considere a figura a seguir como sendo a de uma distribuição de linhas de força e de superfíciesequipotenciais de um campo elétrico uniforme. Nesta região, é abandonada uma carga elétrica Q positiva de massa M.Analise as afirmações que se seguem:(2) A força elétrica que o campo elétrico exerce sobre a carga elétrica Q tem intensidade F = QE, direção horizontal e sentido contrário ao campo elétrico E.(4) A aceleração adquirida pela carga elétrica Q é constante, tem intensidade diretamente proporcional ao campo elétrico E e inversamente proporcional à massa M.(6) O movimento realizado pela carga elétrica Q é retilíneo uniformemente retardado.(8) O potencial elétrico no ponto A é igual ao potencial elétrico no ponto B e menor do que o potencial elétrico no ponto C.A soma dos números entre parênteses que corresponde aos itens corretos é igual aa) 2b) 4c) 6d) 10e) 12Resposta:[E]17. (Unesp 2011) Uma esfera condutora descarregada (potencial elétrico nulo), de raio R1  5,0 cm , isolada, encontra-se distante de outra esfera condutora, de raio R2  10,0 cm , carregada com carga elétrica Q  3,0μC (potencialelétrico não nulo), também isolada.Em seguida, liga-se uma esfera à outra, por meio de um fio condutor longo, até que se estabeleça o equilíbrioeletrostático entre elas. Nesse processo, a carga elétrica total é conservada e o potencial elétrico em cada condutor qesférico isolado descrito pela equação V  k , onde k é a constante de Coulomb, q é a sua carga elétrica e r o seu rraio.
  13. 13. Supondo que nenhuma carga elétrica se acumule no fio condutor, determine a carga elétrica final em cada uma dasesferas.Resposta:Após o contato, as esferas terão o mesmo potencial elétrico. kQ1 kQ2 Q R 5 1V1  V2    1  1    Q2  2Q1 (01) R1 R2 Q2 R2 10 2A carga total não muda, portanto: Q1  Q2  3 (02) Q  1 C μSubstituindo 01 em 02, vem: Q1  2Q1  3  3Q1  3   1 Q2  2μC18. (Upe 2011) Considere três cargas elétricas puntiformes, positivas e iguais a Q, colocadas no vácuo, fixas nosvértices A, B e C de um triângulo equilátero de lado d, de acordo com a figura a seguir:A energia potencial elétrica do par de cargas, disponibilizadas nos vértices A e B, é igual a 0,8 J. Nessas condições, écorreto afirmar que a energia potencial elétrica do sistema constituído das três cargas, em joules, valea) 0,8b) 1,2c) 1,6d) 2,0e) 2,4Resposta:[E]Observe a figura abaixo.
  14. 14. Cada par de cargas armazena uma energia potencial de 0,8J.Utotal  3Upar  3x0,8  2,4J19. (Uerj 2011) Em um laboratório, um pesquisador colocou uma esfera eletricamente carregada em uma câmara naqual foi feito vácuo.O potencial e o módulo do campo elétrico medidos a certa distância dessa esfera valem, respectivamente, 600 V e 200V/m.Determine o valor da carga elétrica da esfera.Resposta:Dados: V = 600 V; E = 200 V/m; k = 9  10 N.m /C . 9 2 2Como o Potencial elétrico é positivo, a carga é positiva. Então, abandonando os módulos, temos: kQV r V kQ r 2 V 600     r  r   r = 3 m. kQ E r kQ E 200E 2 rSubstituindo na expressão do Potencial: kQ r V 3  600 V  Q   200  109  r k 9  109 –7Q = 2  10 C.20. (Ufrgs 2011) Considere uma casca condutora esférica eletricamente carregada e em equilíbrio eletrostático. Arespeito dessa casca, são feitas as seguintes afirmações.I. A superfície externa desse condutor define uma superfície equipotencial.II. O campo elétrico em qualquer ponto da superfície externa do condutor é perpendicular à superfície.III. O campo elétrico em qualquer ponto do espaço interior à casca é nulo.Quais estão corretas?a) Apenas I.b) Apenas II.c) Apenas I e III.d) Apenas II e III.e) I, II e III.Resposta:[E]I. Correto: o potencial de qualquer ponto da casca pode ser calculado como se ela estivesse no centro. Sendo assim,
  15. 15. kQ todos os pontos têm o mesmo potencial V  . RII. Correto: o campo é tangente à linha de força que, por sua vez, é perpendicular à equipotencial (superfície).III. Correto: no interior da casca temos um somatório de pequenos campos que se anulam.21. (Uem 2011) Uma carga puntual positiva, Q  5  106 C , está disposta no vácuo. Uma outra carga puntual positiva,q  2  106 C , é abandonada em um ponto A, situado a uma distância d = 3,0 cm da carga Q. Analise as alternativasabaixo e assinale o que for correto.01) Quando q está em A, a força elétrica que Q exerce em q é 100 N.02) O potencial elétrico gerado por Q em A é 15  105 V.04) A diferença de potencial devido à carga Q entre um ponto B, distante 6 cm de Q e a 3 cm do ponto A, e o ponto A é 7,5  105 V .08) O trabalho realizado pela força elétrica gerada por Q sobre q, para levá-la de A até B, é –20 J.16) A variação da energia potencial eletrostática da carga q, quando essa carga é liberada em A e se move até B, é nula.Resposta:01 + 02 + 04 = 07. kQ q 9x109 x5x106 x2x10601) Correto. F   F  100N d2 (3x102 )2 kQ 9x109 x5x10602) Correto. V   2  15x105 V d 3x10 kQ kQ  1 1   dA  dB 04) Correto. VB  VA    VBA  kQ     VBA  kQ   dB dA  dB dA   dA dB   3x102  VBA  9x109 x5x106  4   7,5x105 V  18x10  WAB WAB08) Errado. VAB   7,5x105   WAB  1,5J q 2x10616) Errado. Para um sistema conservativo: EP  Ec  WAB  1,5J22. (Pucrj 2010) Três cargas elétricas estão em equilíbrio ao longo de uma linha reta de modo que uma carga positiva(+Q) está no centro e duas cargas negativas (–q) e (–q) estão colocadas em lados opostos e à mesma distância (d) dacarga Q. Se aproximamos as duas cargas negativas para d/2 de distância da carga positiva, para quanto temos queaumentar o valor de Q (o valor final será Q’), de modo que o equilíbrio de forças se mantenha?a) Q’ = 1 Qb) Q’ = 2 Qc) Q’ = 4 Qd) Q’ = Q / 2e) Q’ = Q / 4Resposta:[A]As figuras a seguir mostram as situações inicial e final propostas.
  16. 16. Situação inicial Situação finalNa situação inicial, as cargas negativas (-q), nas extremidades, repelem-se com forças de intensidade F, sendo 2 d adistância entre elas. Como as cargas negativas estão em equilíbrio, elas trocam forças, também, de intensidade F com acarga positiva (+Q) central, sendo d a distância do centro às extremidades.A lei de Coulomb nos afirma que a intensidade das forças eletrostáticas entre duas cargas varia com o inverso do  k | Q || q | quadrado da distância entre essas cargas:  F  .  d2 Na situação final, a distância entre as cargas negativas foi reduzida à metade (de 2 d para d) logo, as forças de repulsãoentre elas passam a ter intensidade 4 F. Porém, a distância de cada carga negativa à carga central também é reduzida àmetade (de d para d/2) quadruplicando, também, as forças de atração entre elas, ou seja, 4 F.Portanto o equilíbrio é mantido com Q’ = 1 Q.23. (Pucrj 2010) O que acontece com a força entre duas cargas elétricas (+Q) e (–q) colocadas a uma distância (d) semudarmos a carga (+ Q) por (+ 4Q), a carga (–q) por (+3q) e a distância (d) por (2d)?a) Mantém seu módulo e passa a ser atrativa.b) Mantém seu módulo e passa a ser repulsiva.c) Tem seu módulo dobrado e passa a ser repulsiva.d) Tem seu módulo triplicado e passa a ser repulsiva.e) Tem seu módulo triplicado e passa a ser atrativa.Resposta:[D]As figuras representam as duas situações.Na primeira situação, as forças são atrativas e têm intensidade: k | Q || q |F . (I) d2Na segunda situação, as forças são repulsivas e têm intensidade: k | 4Q || 3q | 12 k | Q || q | k | Q || q |F’ =  =3 .(II)  2d2 4d 2 d2
  17. 17. Comparando as expressões (I) e (II), concluímos que F’ = 3 F, e que as forças passam de atrativas para repulsivas.24. (Ufu 2010) Duas cargas +q estão fixas sobre uma barra isolante e distam entre si uma distância 2d. Uma outra barraisolante é fixada perpendicularmente à primeira no ponto médio entre essas duas cargas. O sistema é colocado de modoque esta última haste fica apontada para cima. Uma terceira pequena esfera de massa m e carga +3q furada éatravessada pela haste vertical de maneira a poder deslizar sem atrito ao longo desta, como mostra a figura a seguir. Adistância de equilíbrio da massa m ao longo do eixo vertical é z.Com base nessas informações, o valor da massa m em questão pode ser escrito em função de d, z, g e k, onde g é aaceleração gravitacional e k a constante eletrostática.A expressão para a massa m será dada por: kq2 za) m  (d2  z2 )3/2 6kq2 zb) m  g(d2  z2 )3/2 6kq2 zc) m  g(d2  z2 )2 6kq2 zd) m  g(d2  z2 )3Resposta:[B]Observemos as figuras a seguir.       Fig 1 Fig 2Na Fig 1: 1Pitágoras: L = d + z  L  d2  z2 2 2 2   2 (I)
  18. 18. zcos  = (II) LAs forças de repulsão mostradas têm intensidade dada pela lei de Coulomb: k q 3q k 3q2F 2  F (III) L L2Na Fig 2, a partícula de massa m está em equilíbrio. Então:m g = 2 Fy  m g = 2 F cos   2 Fcos m= . Substituindo (I), (II) e (III) nessa expressão vem: g  2   k 3q2   z  6 k q2 z 6 k q2 zm =   2     m=  g  L  L  `3 g L3  1   g  d2  z2  2    6 k q2 zm= 3  g d2  z2  225. (Ita 2010) Considere uma balança de braços desiguais, de comprimentos ℓ1 e ℓ2, conforme mostra a figura. No ladoesquerdo encontra-se pendurada uma carga de magnitude Q e massa desprezível, situada a uma certa distância deoutra carga, q. No lado direito encontra-se uma massa m sobre um prato de massa desprezível. Considerando as cargascomo puntuais e desprezível a massa do prato da direita, o valor de q para equilibrar a massa m é dado por mg2 d2a) (k 0Q 1) 8mg 2 d2b) (k 0Q 1) 4mg 2 d2c) (3k 0Q 1) 2mg 2d2d) 3 k 0Q 1 8mg 2d2e) (3 3 k 0Q 1Resposta:[E]
  19. 19. Como nas alternativas não aparece a massa da barra, vamos considerá-la desprezível. Sendo também desprezível amassa da carga suspensa, as forças eletrostáticas entre as cargas têm a mesma direção da reta que passa pelos seuscentros. Além disso, para que haja equilíbrio essas forças devem ser atrativas, e as intensidades da força de tração nofio e das forças eletrostáticas são iguais (T = F), como ilustrado na figura.Analisando a figura: d dr= o   cos30 3 2 2dr . (equação 1) 3Da lei de Coulomb: k0Q | q |F= . (equação 2) r2Substituindo (1) em (2): k 0 | Q || q | 3k 0 | Q || q |F= 2 F . (equação 3)  2d  4d2    3Para que a barra esteja em equilíbrio o somatório dos momentos deve ser nulo. Assim, adotando polo no ponto Omostrado na figura, vem:Fcos30 1  mg 2 . Substituindo nessa expressão a equação (3), temos:3k 0 | Q || q | 3 3 3 k 0 | Q || q | 1  mg 2  1  mg 2  4d2 2 8d2 8mg 2 d2|q|  . 3 3 k0 | Q | 1Analisando mais uma vez as alternativas, vemos que em todas há o sinal negativo para q. Isso nos força a concluir queQ é positiva. Então, abandonando os módulos: 8mg 2 d2q  3 3 k 0Q 126. (Fgv 2010) Posicionadas rigidamente sobre os vértices de um cubo de aresta 1 m, encontram-se oito cargaselétricas positivas de mesmo módulo.Sendo k o valor da constante eletrostática do meio que envolve as cargas, a força resultante sobre uma nona cargaelétrica também positiva e de módulo igual ao das oito primeiras, abandonada em repouso no centro do cubo, teráintensidade:a) zero. 2b) k × Q . 2c) 2 k × Q . 4d) 4k × Q . 2e) 8k × Q .
  20. 20. Resposta:[A] Em cada uma das extremidades das quatro diagonais que passam pelo centro do cubo há duas cargas demesmo módulo e de mesmo sinal. Elas exercem na carga central (também de mesmo sinal e mesmo módulo que as dosvértices) forças de mesma intensidade e de sentidos opostos. Portanto, essas forças se equilibram, sendo então nula aresultante dessas forças.27. (Ita 2010) Considere as cargas elétricas ql = 1 C, situada em x = – 2 m, e q2 = – 2 C, situada em x = – 8 m. Então, olugar geométrico dos pontos de potencial nulo éa) uma esfera que corta o eixo x nos pontos x = – 4 m e x = 4m.b) uma esfera que corta o eixo x nos pontos x = – 16 m e x = 16 m.c) um elipsoide que corta o eixo x nos pontos x = – 4 m e x = 16 m.d) um hiperboloide que corta o eixo x no ponto x = – 4 m.e) um plano perpendicular ao eixo x que o corta no ponto x = – 4 m.Resposta:[A]Dados: q1 = 1 C; x1 = – 2 m; q2 = – 2 C e x2 = – 8 m.A figura a seguir ilustra o enunciado.Lembremos, primeiramente, que, no espaço (x,y,z), a distância entre dois pontos P(xP,yP,zP) e Q(xQ,yQ,zQ) é obtida pelaexpressão:rPQ   xP  xQ    yP  yQ    zP  zQ  . (equação 1) 2 2 2 2Seja, então A(x,y,z) um ponto da superfície equipotencial, onde o potencial elétrico é nulo (VA = 0)VA = VA 1 + VA 2  kq1 kq2 q q0=   1   2 . Substituindo os valores dados, temos: r1 r2 r1 r21  2   r2  2r1 . (equação 2)r1 r2Apliquemos a equação (1) para calcular as distâncias r1 e r2 do ponto A aos pontos onde estão as partículas eletrizadas.r12   x   2  y2  z2  2  r12   x  2  y2  z2 . (equação 3) 2r2   x   8   y2  z2  2 2  
  21. 21. r2   x  8   y2  z2 . (equação 4) 2 2Elevando ao quadrado a equação (2) temos:r2  4r12 . (equação 5) 2Substituindo (3) e (4) em (5), vem: x  8  y2  z2  4  x  2  y 2  z2   2 2  x + 16x + 64 + y + z = 4x + 16x + 16 + 4y + 4z  2 2 2 2 2 2 2 2 23x + 3y + 3z – 48 = 0. Dividindo ambos os membros por 16, temos: 2 2 2x + y + z = 16. (equação 6)Lembrando que a equação de uma superfície esférica de centro no ponto P(a,b,c) é: 2 2 2 2(x – a) + (x– b) + (y – c) = r , concluímos que a equação (6) representa uma casca esférica de centro na origem dosistema (0,0,0) e raio 4 m.Portanto, ela corta os eixos nos pontos: (x = y = z = 4) m e (x = y = z = -4) m.28. (Ufg 2010) Uma carga puntiforme Q gera uma superfície equipotencial de 2,0V a uma distância de 1,0m de suaposição. Tendo em vista o exposto, calcule a distância entre as superfícies equipotenciais que diferem dessa por 1,0VResposta:A figura a seguir ilustra a situação. V3 = 1 V r3 V2 = 2 V r2 = 1 m V1 = 3 V r1 d kQV2 = (I) r2 kQV1 = (II) r1 kQV3 = (III) r3Dividindo (II) por (I):V1 k Q r V1 r2 3 1 2   2      r1  m = 0,67 m.V2 r1 k Q V2 r1 2 r1 3Dividindo (III) por (I):V3 k Q r V3 r2 1 1   2      r3 = 2 m.V2 r3 k Q V2 r3 2 r3A distância d é:d = r3 – r1  d = 2 – 0,67  d = 1,33 m.
  22. 22. -1029. (Pucrj 2010) Duas esferas condutoras de raios RA= 0,45m e RB = 0,90m, carregadas com as cargas qA = +2,5 10 C -10 9e qB = - 4,0 10 C, são colocadas a uma distância de 1m. Considere Ke=9x10 V.m/C.a) Faça um esboço das linhas de campo elétrico entre as duas esferas, e, em particular, desenhe a linha de campo elétrico no ponto P1 assinalado na figura adiante.b) Calcule o potencial eletrostático na superfície de cada esfera.Suponha agora que cada uma destas esferas é ligada a um terminal de um circuito como mostrado na figura a seguir.c) Determine a corrente que inicialmente fluirá pelo resistor R2 onde R1=1 k Ω e R2 = 2 k Ω .Resposta:a) O sentido das linhas de força é da carga positiva para a negativa. O vetor campo elétrico num ponto é tangente à linha de força nesse ponto e no mesmo sentido. –10 –10b) Dados: qA = +2,5  10 C; RA = 0,45 m; qB = –4,0  10 C; RB = 0,9 m; k = 9  10 V·m/C. 9 kQO potencial elétrico na superfície de uma esfera é dado por: V = . RAssim: 9  109  2,5  10 10VA =  VA = 5 V. 0,45
  23. 23. VB =  9  109  4  1010   VB = – 4 V. 0,9c) Dado: R2 = 2 k = 2.000 .A tensão nos dois resistores é:U = VA – VB = 5 – (-4) = 9 V.A corrente no resistor R2 é calculada pela 1ª lei de Ohm: U 9U = R2 I  I    4,5  103  I = 4,5 mA. R2 2.00030. (Uece 2009) Dois condutores elétricos esféricos, de raios R1 e R2 , com R1 o dobro de R2 , estão eletrizados comdensidade de carga 1 e 2 , de forma que são mantidos no mesmo potencial elétrico V, e se encontram bem distantesum do outro. Podemos afirmar corretamente quea) 4 1 = 2 .b) 1 = 2 2c) 2 1 = 2 .d) 1 = 4 2 .Resposta:[C]O potencial elétrico de um condutor esférico de raio R, eletrizado com carga Q, imerso em um meio onde apermissividade elétrica é  é dado por: QV (I). 4RSendo A a área da superfície desse condutor, a densidade superficial de cargas (  ) é: Q Q   (II). A 4R2Dividindo membro a membro (I) e (II), vem:V  Q   4R2  R     V .  4R   Q      Para os dois condutores em questão os potenciais elétricos são iguais e R1  2R2 . 1R1 2R2V1  V2    12R2  2R2  21  2 .  31. (Enem cancelado 2009) As células possuem potencial de membrana, que pode ser classificado em repouso ouação, e é uma estratégia eletrofisiológica interessante e simples do ponto de vista físico. Essa característicaeletrofisiológica está presente na figura a seguir, que mostra um potencial de ação disparado por uma célula que
  24. 24. compõe as fibras de Purkinje, responsáveis por conduzir os impulsos elétricos para o tecido cardíaco, possibilitandoassim a contração cardíaca. Observa-se que existem quatro fases envolvidas nesse potencial de ação, sendodenominadas fases 0, 1, 2 e 3. + 2+O potencial de repouso dessa célula é -100 mV, e quando ocorre influxo de íons Na e Ca , a polaridade celular podeatingir valores de até +10 mV, o que se denomina despolarização celular. A modificação no potencial de repouso podedisparar um potencial de ação quando a voltagem da membrana atinge o limiar de disparo que está representado nafigura pela linha pontilhada. Contudo, a célula não pode se manter despolarizada, pois isso acarretaria a morte celular.Assim, ocorre a repolarização celular, mecanismo que reverte a despolarização e retorna a célula ao potencial de +repouso. Para tanto, há o efluxo celular de íons K .Qual das fases, presentes na figura, indica o processo de despolarização e repolarização celular, respectivamente?a) Fases 0 e 2.b) Fases 0 e 3.c) Fases 1 e 2.d) Fases 2 e 0.e) Fases 3 e 1.Resposta:[B]A despolarização ocorre na fase em que o potencial sobe, que é a fase 0. A repolarização ocorre quando o potencialestá voltando ao potencial de repouso, o que ocorre na fase 3.32. (Ufrrj 2007) os pontos , e C de uma circunfer ncia de raio 3 cm, fixam-se car as el tricas puntiformes devalores 2 C, C e 2 C respectivamente eterminea) A intensidade do vetor campo elétrico resultante no centro do círculo. 9 2 2b) O potencial elétrico no centro do círculo. (Considere as cargas no vácuo, onde k = 9 × 10 N.m /C )
  25. 25. Resposta:a) O campo elétrico total será a soma vetorial dos campos de cada uma das cargas. Como as cargas em A e C têm o mesmo valor e estão simetricamente dispostas em relação ao centro O, produzirão neste ponto campos elétricos de mesmo módulo, porém de sentidos contrários.Assim, estes dois campos se anularão, restando apenas o campo de B, cujo módulo é kQ 9x109  6  106E  2B   6,0  107 N / C   2 R 2 3  10b) O potencial no centro é a soma algébrica dos potenciais criados pelas três cargas: K  QA  QB  QC  9  109  10  106 V  VA  VB  VC    3,0  106 V R 3  10233. (Ufpe 2004) O gráfico mostra o potencial elétrico em função da distância ao centro de uma esfera condutoracarregada de 1,0 cm de raio, no vácuo. Calcule o potencial elétrico a 3,0 cm do centro da esfera, em volts.Resposta:A expressão do potencial para pontos da superfície e fora da esfera é: kQV dObserve que o potencial é inversamente proporcional à distância ao centro da esfera. O ponto citado está a umadistância do centro três vezes maior do que qualquer ponto da superfície. Portanto o potencial é três vezes menor que oda superfície da esfera. 186V  62V 3
  26. 26. -634. (Unesp 2003) Duas partículas com carga 5 x 10 C cada uma estão separadas por uma distância de 1 m. 9 2 2Dado K = 9 x 10 Nm /C , determinea) a intensidade da força elétrica entre as partículas.b) o campo elétrico no ponto médio entre as partículas.Resposta:a) A figura mostra as forças de interação entre as duas cargas. k Q1 . Q2 9  109  5  10 6  5  10 6 F   0,225N d2 12b) A figura mostra os campos gerados pelas cargas no ponto médio. Como as cargas tem o mesmo valor e as distâncias ao ponto médio são iguais os campos tem a mesma intensidade. O campo resultante é nulo.35. (Ime 1996) Uma esfera de plástico, maciça, é eletrizada, ficando com uma densidade de carga superficial ó = + 0,05 2Coulombs/m . Em consequência, se uma carga puntiforme q = + 1ì Coulomb fosse colocada exteriormente a 3 metros docentro da esfera, sofreria uma repulsão de 0,02ð Newtons.A esfera é descarregada e cai livremente de uma altura de 750 metros, adquirindo ao fim da queda uma energia de0,009ð Joules.Determine a massa específica do plástico da esfera. 2Dado: aceleração da gravidade: g = 10 m/sResposta: 30,9 kg/m .36. (Unesp 1996) Suponha que o nosso Universo não tivesse força gravitacional e que só as forças eletromagnéticasmantivessem todas as partículas unidas. Admita que a Terra tivesse uma carga elétrica de 1 coulomb.a) Qual deveria ser a ordem de grandeza da carga elétrica do Sol para que a Terra tivesse exatamente a mesmatrajetória do universo real?Dados: 2Lei da gravitação: F(G) = Gm 1m2/r
  27. 27. 2Lei de Coulomb: F(E) = kq1q2/rF(G)  força gravitacionalF(E)  força elétrica ou eletrostática 30Massa do Sol = 2,0 × 10 kg 24Massa da Terra = 6,0 × 10 kg -11 2 -2G = 6,7 × 10 Nm kg 9 2 -2k = 9,0 × 10 Nm Cb) Se neste estranho universo não existisse também a força eletromagnética, certamente não haveria nem Sol e nem osplanetas. Explique por quê.Resposta: 35a) 10 .b) Sem a força eletromagnética que mantém o átomo coeso não haveriam átomos, sequer planetas ou o Sol. -6 -637. (Uel 1996) Duas esferas idênticas com cargas elétricas + 5,0.10 C e - 1,0.10 C, a uma distância D uma da outra,se atraem mutuamente. Por meio de uma pinça isolante foram colocadas em contato e, a seguir, afastadas a uma novadistância d, tal que a força de repulsão entre elas tenha o mesmo módulo da força de atração inicial. Para essa situação,a relação D/d vale 4a) 5   5b) 4  c) 2d) 2e) 2 2Resposta:[B]38. (Ufpe 1996) Duas pequenas esferas carregadas repelem-se mutuamente com uma força de 1 N quando separadaspor 40 cm. Qual o valor em Newtons da força elétrica repulsiva se elas forem deslocadas e posicionadas à distância de10 cm uma da outra?Resposta:16 N.
  28. 28. Resumo das questões selecionadas nesta atividadeData de elaboração: 10/03/2013 às 11:59Nome do arquivo: Lei de Coulomb e Potencial ElétricoLegenda:Q/Prova = número da questão na provaQ/DB = número da questão no banco de dados do SuperPro®Q/prova Q/DB Matéria Fonte Tipo 1 .................. 123340 .............Física .................. Unicamp/2013 .........................Analítica 2 .................. 119965 .............Física .................. Epcar (Afa)/2013 .....................Múltipla escolha 3 .................. 122244 .............Física .................. Upe/2013.................................Múltipla escolha 4 .................. 120838 .............Física .................. Espcex (Aman)/2013 ..............Múltipla escolha 5 .................. 110294 .............Física .................. Uem/2012 ...............................Somatória 6 .................. 116229 .............Física .................. Uftm/2012................................Analítica 7 .................. 109961 .............Física .................. Ueg/2012.................................Analítica 8 .................. 116357 .............Física .................. Ucs/2012 .................................Múltipla escolha 9 .................. 117117 .............Física .................. Epcar (Afa)/2012 .....................Múltipla escolha 10 ................ 109535 .............Física .................. Ufpe/2012 ...............................Analítica 11 ................ 103090 .............Física .................. Uel/2011 ..................................Múltipla escolha 12 ................ 106311 .............Física .................. G1 - ifsc/2011 ..........................Múltipla escolha 13 ................ 105363 .............Física .................. Uesc/2011 ...............................Múltipla escolha 14 ................ 105390 .............Física .................. Ufrgs/2011 ..............................Múltipla escolha 15 ................ 102036 .............Física .................. Ifsp/2011 .................................Múltipla escolha 16 ................ 104511 .............Física .................. Upe/2011.................................Múltipla escolha 17 ................ 106394 .............Física .................. Unesp/2011 .............................Analítica 18 ................ 104514 .............Física .................. Upe/2011.................................Múltipla escolha 19 ................ 101258 .............Física .................. Uerj/2011.................................Analítica 20 ................ 105391 .............Física .................. Ufrgs/2011 ..............................Múltipla escolha 21 ................ 106054 .............Física .................. Uem/2011 ...............................Somatória 22 ................ 93009 ...............Física .................. Pucrj/2010 ...............................Múltipla escolha 23 ................ 93018 ...............Física .................. Pucrj/2010 ...............................Múltipla escolha 24 ................ 96755 ...............Física .................. Ufu/2010..................................Múltipla escolha 25 ................ 90284 ...............Física .................. Ita/2010 ...................................Múltipla escolha 26 ................ 91624 ...............Física .................. Fgv/2010 .................................Múltipla escolha 27 ................ 90283 ...............Física .................. Ita/2010 ...................................Múltipla escolha 28 ................ 97096 ...............Física .................. Ufg/2010..................................Analítica 29 ................ 98755 ...............Física .................. Pucrj/2010 ...............................Analítica 30 ................ 107276 .............Física .................. Uece/2009 ...............................Múltipla escolha 31 ................ 91940 ...............Física .................. Enem cancelado/2009 ............Múltipla escolha 32 ................ 81882 ...............Física .................. Ufrrj/2007 ................................Analítica 33 ................ 52461 ...............Física .................. Ufpe/2004 ...............................Analítica 34 ................ 50611 ...............Física .................. Unesp/2003 .............................Analítica 35 ................ 5233 .................Física .................. Ime/1996 .................................Analítica 36 ................ 5251 .................Física .................. Unesp/1996 .............................Analítica 37 ................ 5287 .................Física .................. Uel/1996 ..................................Múltipla escolha 38 ................ 8655 .................Física .................. Ufpe/1996 ...............................Analítica

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