Portf_01-Física_Introdutória_II

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Resolução dos Exercícios
Questão 01 → Um objeto metálico carregado positivamente, com carga +Q, é aproximadamente de um eletroscópio de folhas, que foi previamente carregado negativamente com carga igual a -Q.
Qual(is) dos itens abaixo está(ão) correto(s), justifique suas respostas.
I. À medida que o objeto for se aproximando do eletroscópio, as folhas vão se abrindo além do que já estavam.
II. À medida que o objeto for se aproximando, as folhas permanecem como estavam.
III. Se o objeto tocar o terminal externo do eletroscópio, as folhas devem necessariamente fechar-se.
	Resolução:
Apenas o item III está correto. Quando o objeto tocar o terminal externo atrairá os elétrons das folhas, fazendo que as folhas fiquem neuras e se fechem.
 
Questão 02 → De acordo com o modelo atômico atual, os prótons e nêutrons não são mais considerados partículas elementares. Eles seriam formados de três partículas ainda menores, os quarks. Admite-se a existência de 12 quarks na natureza, mas só dois tipos formam os prótons e nêutrons, o quark up(u), de carga elétrica positiva, igual a 2/3 do valor da carga do elétron, e o quark down (d), de carga elétrica negativa, igual a 1/3 do valor da carga do elétron. A partir dessas informações, como apresenta corretamente a composição do próton e do nêutron?
	Resolução:
Dados:
 u = 
 d = 
Temos que:
O próton possui carga positiva (= 1), logo teremos:
 + - = 1 ou seja, p = u, u, d
O neutro não possui carga elétrica (= 0), logo teremos:
 - - = 0 ou seja n = u, d, d
Questão 03 → Os corpos ficam eletrizados quando perdem ou ganham elétrons. Imagine um corpo que tivesse um mol de átomos e que cada átomo perdesse um elétron. Esse corpo ficaria eletrizado com uma carga, com coulombs, igual a?
Dados:
carga do elétron = 1,6x10-19C;
1 mol = 6,0x1023
	Resolução:
Aplicando a regra de três teremos: 
1 elétron 1,6x10-19C;
6,0x 1023 xC 
x = 1,6x10-19C * 6,0x1023
x = 9,6x104
Questão 04 → Suponha que o nosso Universo não tivesse força gravitacional e que só as forças eletromagnéticas mantivessem 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 a Terra tivesse exatamente a mesma trajetória do universo do universo real?
b) Se neste estranho universo não existisse também a força eletromagnética, certamente não haveria nem Sol e nem os planetas. Explique por quê.
Dados:
Lei da gravitação: F(G) = Gm1m2/r2
Lei de Coulomb: F(E) = kq1q2/r2
F(G) ë força gravitacional
F(E) ë força elétrica ou eletrostática
Massa do Sol = 2,0 x 1030 kg
Massa da Terra = 6,0 x 1024 kg
G = 6,7 x 10-11 Nm2kg-2
k = 9,0 x 109 Nm2C-2
	Resolução:
a) 
Temos que:
 F = 
 Pela lei de Coulomb, temos:
 F = 
Como as forças são iguais, teremos que:
 = 
Como as distâncias (r) entre os centros da Terra e do Sol são iguais, podemos cortá-los: 
G.m1.m2 = k.q1.q2 
6,7.10⁻¹¹*2,0.1030*6,0.10²⁴ = 9,0.10⁹*q1*1
8,04.10⁴⁴ = 9,0.10⁹.q1 
q1= 
q1= 8,93.10³⁴ C 
OBS.: Para analisar a ordem de grandeza, devemos ver se o número que multiplica a base 10 é maior que 5,5. Como é, adicionamos 1 ao expoente. A base 10 com o expoente final será a ordem de grandeza, portanto: 
A ordem de grandeza: 1035 C
b) Sem a força eletromagnética que mantém o átomo coeso não haveriam átomos, sequer planetas ou o Sol. Sem as forças eletromagnéticas não teria como as partículas nas quais compõem o universo serem unidas ou seja não haveria planetas, sistema solar seria um imenso vazio sem matéria. 
Questão 05 → Um aluno tem 4 esferas idênticas, pequenas e condutoras (A, B, C e D), carregadas com cargas respectivamente iguais a -2Q, 4Q, 3Q e 6Q. A esfera A é colocada em contato com a esfera B e a seguir com as esferas C e D. Ao final do processo a esfera A estará carregada com carga equivalente a ?
	Resolução: 
1° A em contato com B A fica com = 1Q 
2° A em contato com C A fica com = 2Q
3° A em contato com D A fica com = 4Q
Portanto, no final do processo, A ficará com carga 4Q
Questão 06 → A unificação das forças da natureza sempre foi um problema fundamental da Física. Grandes sucessos foram obtidos, e o mais importante deles para os dias atuais foi o da criação da teoria eletromagnética, que unificou os conhecimentos da eletricidade e do magnetismo. Uma teoria unificada deveria ser capaz de acolher as diferenças e as semelhanças existentes entre a eletricidade e o magnetismo em uma única estrutura matemática. Uma das principais diferenças é a existência da carga elétrica isolada e a inexistência da carga magnética isolada. Em outras palavras, no magnetismo não existe um ímã com um único pólo, enquanto existe na eletricidade uma carga isolada. Um ímã sempre apresenta um par de pólos opostos (Norte e Sul), de mesmas intensidades. 
Entretanto, existe uma semelhança: SE FOSSE POSSÍVEL SEPARÁ-LOS, cada pólo de um ímã se pareceria com uma carga magnética. O reflexo disso é que a estrutura matemática que define a força entre duas cargas elétricas (Lei de Coulomb) é a mesma que define a força entre dois pólos magnéticos. Ou seja,
|FX| = KX (q1q2)/r2 
e |FN| = KN (p1p2)/r2, 
em que r é a distância entre as duas cargas ou os dois pólos, KX e KN são constantes de proporcionalidade, q1 e q2 são as magnitudes das cargas elétricas e p1 e p2 são as intensidades dos pólos magnéticos. Experimentalmente, determinam-se KX e KN, cujos valores aproximados são, respectivamente, 9×109 Nm2/C2 e 1,00×10-7 Ns2/C2. Na presença de um campo elétrico Ẽ, uma carga q1 sofre uma força FX=q1Ẽ e, de forma análoga, um pólo magnético de intensidade p1, na presença de um campo magnético V, sofre uma força FN=p1¬.
1. Empurrar um ímã com outro ímã sobre uma mesa sem que eles se encontrem é uma brincadeira muito comum que ilustra de modo surpreendente a ação de forças a distância. Para isso, considere o caso em que dois ímãs iguais, cada um deles em formato de barra de 1 cm de comprimento, encontram-se sobre uma mesa horizontal, como mostra a figura abaixo. Um modelo teórico dessa situação também está representado na figura, em que os pólos dos ímãs têm a mesma intensidade p, mas sinais contrários.
Suponha que o ímã I esteja sendo aproximado do ímã II. Quando o pólo Norte do ímã I encontra-se a 1cm (ou 10-2m) do pólo Norte do ímã II, conforme mostrado na figura, a foça magnética resultante no ímã II consegue vencer exatamente a força de atrito estático, que é igual a 1,1×10-2 N. Calcule, em unidades do Sistema Internacional, o valor de p. despreze a parte fracionária de seu resultado, caso exista.
	Resolução: 
Temos que o valor de p será p > 3,31 C.