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Aprimorando os Conhecimentos de Eletricidade Lista 2 Processos de Eletrização III - Força Elétrica I 1. (UFPA) Um corpo A, eletricamente positivo, eletriza um corpo B que inicialmente estava eletricamente neutro, por indução eletrostática. Nessas condições pode-se afirmar que o corpo B ficou eletricamente: a) positivo, pois prótons da terra são absorvidos pelo corpo. b) positivo, pois elétrons do corpo foram para a terra. c) negativo, pois prótons do corpo foram para a terra. d) negativo, pois elétrons da terra são absorvidos pelo corpo. e) negativo, pois prótons da terra são absorvidos pelo corpo. SOLUÇÃO: Na eletrização por indução, o INDUTOR (corpo A) e o INDUZIDO (corpo B) adquirem cargas de sinais opostos. Nesse caso, o corpo B ficou eletricamente NEGATIVO. RESPOSTA (D) 2. (UNIFOR) O eletroscópio da figura abaixo está carregado positivamente. Tocando-se o dedo na esfera, verifica-se que as lâminas se fecham porque o eletroscópio: a) perde elétrons. d) ganha prótons. b) ganha nêutrons. e) ganha elétrons. c) perde prótons. SOLUÇÃO: Ao tocarmos o dedo na esfera do eletroscópio (fio de terra), elétrons passarão para o eletroscópio, neutralizando-o, portanto suas folhas se fecham. RESPOSTA (E) 3. (UEL-2001) Campos eletrizados ocorrem naturalmente no nosso cotidiano. Um exemplo disso é o fato de algumas vezes levarmos pequenos choques elétricos ao encostarmos em automóveis. Tais choques são devidos ao fato de estarem os automóveis eletricamente carregados. Sobre a natureza dos corpos (eletrizados ou neutros), considere as afirmativas a seguir: I. Se um corpo está eletrizado, então o número de cargas elétricas negativas e positivas não é o mesmo. II. Se um corpo tem cargas elétricas, então está eletrizado. III.Um corpo neutro é aquele que não tem cargas elétricas. IV.Ao serem atritados, dois corpos neutros, de materiais diferentes, tornam-se eletrizados com cargas opostas, devido ao princípio de conservação das cargas elétricas. V. Na eletrização por indução, é possível obter-se corpos eletrizados com quantidades diferentes de cargas. Sobre as afirmativas acima, assinale a alternativa correta. a) Apenas as afirmativas I, II e III são verdadeiras. b) Apenas as afirmativas I, IV e V são verdadeiras. c) Apenas as afirmativas I e IV são verdadeiras. d) Apenas as afirmativas II, IV e V são verdadeiras. e) Apenas as afirmativas II, III e V são verdadeiras. SOLUÇÃO: Analisando-se as afirmativas você conclui que: I. (CORRETA) Todo corpo eletrizado tem um número de prótons diferente do número de elétrons. II e III. (ERRADAS) Um corpo eletricamente NEUTRO tem PRÓTONS (carga positiva) em igual quantidade de ELÉTRONS (carga negativa). IV. (CORRETA) Na eletrização por ATRITO, os corpos adquirem cargas de sinais opostos obedecendo à lei da conservação das cargas elétricas. V. (CORRETA) No processo da INDUÇÃO, a carga INDUZIDA geral-mente é menor que a carga INDUTORA. RESPOSTA (B) 4. (UNIFOR-98) Uma esfera metálica oca, isolada e inicialmente neutra, tem um orifício por onde se introduz uma pequena esfera carregada com carga elétrica –q, sem que ela se encoste na esfera maior. Nesse caso, a superfície externa da esfera se apresentará com carga elétrica a) nula b) c) d) –q e) +q SOLUÇÃO: Como não há contacto entre as esferas, o fenômeno que se verifica é a POLARIZAÇÃO. • A carga INDUZIDA, na superfície externa da esfera OCA, tem sinal NEGATIVO e é igual em MÓDULO à carga da esfera pequena (INDUTORA). • Neste caso observe que o INDUZIDO (ESFERA OCA) envolve completamente a esfera pequena (INDUTOR). RESPOSTA (D) 5. (UECE-95) Duas esferas metálicas isoladas, uma maciça e outra oca, estão eletrizadas. A afirmação correta é: a) Na esfera maciça a carga concentra-se no centro e, na oca, a carga distribui-se pela superfície interna. b) Na esfera oca a carga espalha-se pela superfície interna e, na maciça, pela superfície externa. c) Em ambos os casos as cargas espalham-se pelas superfícies externas das esferas. d) Na esfera maciça as cargas espalham-se por toda a esfera e, na oca, apenas na parte onde existe metal. RESPOSTA (C) 6. (UNIFOR-97) Um bastão é atritado com um pano. A seguir, repele uma esfera eletrizada negativamente. Pode-se afirmar corretamente que o bastão foi eletrizado a) positivamente, por contato com o pano. b) positivamente, por indução da esfera. c) negativamente, por indução da esfera. d) negativamente, por atrito com o pano. e) neutralizado, ao aproximar-se da esfera. RESPOSTA (D) 7. (UFRN) A figura ilustra uma seqüência de operações executadas no sentido de I para V. A esfera é condutora e pode ser ligada à Terra através da chave Ch. O bastão é isolante e está carregado positivamente. Qual das afirmações abaixo é correta? a) Em III e V a esfera está carregada positivamente. b) Em III e V a esfera está descarregada. c) Em III a esfera está descarregada, mas em V está carregada positivamente. d) Em III e V a esfera está carregada negativamente. e) Em III a esfera está carregada negativamente e em V está carregada positivamente. RESPOSTA (D) III IV V Ch Ch Ch Ch 8. (UECE-98) Observe as três situações seguintes: Em (a), três blocos metálicos, X, Y e Z, alinhados, ficam em contato entre si e apoiados sobre uma mesa isolante; dois objetos, com fortes cargas positivas, são postos um de cada lado e muito próximos dos blocos. Em (b), os blocos são separados com uma barra isolante e descarregada, mantendo os dois objetos carregados em suas respectivas posições. Finalmente, em (c), os objetos carregados são retirados. As cargas esperadas, na última situação (figura c) são: a) X positiva, Y negativa e Z positiva. b) X negativa, Y positiva e Z negativa. c) X negativa, Y neutra e Z negativa. d) X, Y e Z, positivas. SOLUÇÃO: Observe o fenômeno da polarização na situação inicial Separando os corpos e em seguida retirando-se os objetos carregados, as cargas nos corpos x, y e z são: RESPOSTA (B) 9. (FUVEST) Uma esfera condutora A, de peso P, eletrizada positivamente, é presa por um fio isolante que passa por uma roldana. A esfera A se aproxima, com velocidade constante, de uma esfera B, idêntica à anterior, mas neutra e isolada. A esfera toca em B e, em seguida, é puxada para cima, com velocidade também constante. Quando A passa pelo ponto M, a tração do fio é T 1 , na descida, e T 2 na subida. Pode-se afirmar que: a) T 1 < T 2 < P c) T 2 < T 1 < P e) P < T1 < T2 b) T 1 < P < T 2 d) T 2 < P < T 1SOLUÇÃO: ESFERA A PASSANDO PELO PONTO M NA DESCIDA. Como a velocidade é constante R = 0 T1 = P + F T1 > P • Quando a esfera A entra em CONTACTO com a esfera B, a esfera B, anteriormente neutra, eletriza-se com carga positiva. ESFERA A PASSANDO PELO M NA SUBIDA Se a esfera A continua com velocidade constante então: R = 0 T2 + F' = P T2 = P - F' T2 < P Assim RESPOSTA (D) 10. (UNIFOR) As lâminas de um eletroscópio E estão afastadas. Aproximando-se um bastão B do eletroscópio, observa-se que as lâminas afastam-se ainda mais. Qual das alternativas abaixo indica corretamente a carga elétrica do eletroscópio e do bastão? SOLUÇÃO: Se as lâminas do eletroscópio estão afastadas você conclui que o eletroscópio está carregado. Ao se aproximar o bastão do eletroscópio e se verificar que as folhas afastam-se ainda mais, você concluirá que o bastão e o eletroscópio terão cargas de mesmo sinal. RSPOSTA (E) 11. (UNIFOR-2003) Duas cargas elétricas puntiformes idênticas e iguais a 1,0 x 10 –6 estão separadas de 3,0cm, no vácuo. Sendo a constante eletrostática no vácuo igual a 9,0 x 10 9 N.m 2 /C 2 , a intensidade da força de repulsão entre as cargas, em newtons, vale: a) 1,0 . 10 1 b) 1,0 c) 1,0 . 10 –1 d) 1,0 . 10 –2 e) 1,0 . 10 –3 SOLUÇÃO: Utilizando-se a Lei de Coulomb, tem-se: N10x1F 1 22 669 2 21 )10x3( 10x1x10x1x10x9 F d q.q KF RESPOSTA (A) 12. (UFPI-2003) Duas massas iguais de 4,8 gramas, cada uma, originalmente neutras, estão fixadas em pontos separados entre si pela distância D. Um número n de elétrons é retirado de cada uma das massas de modo que a força de repulsão eletrostática entre elas compense exatamente a força de atração gravitacional. A constante da Lei de Coulomb é dada por k = 9,0 x 10 9 N . m 2 /C 2 , a constante da Lei de Newton da gravitação é G = 6,7 x 10 –11 N . m 2 /(kg) 2 e a carga do elétron é q = 1,6 x 10 –19 C. O número n de elétrons retirado de cada uma das massas é igual a: a) 2,6 x 10 2 b) 2,6 x 10 3 c) 2,6 x 10 4 d) 2,6 x 10 5 e) 2,6 x 10 6 SOLUÇÃO: A força elétrica e a força gravitacional têm o mesmo módulo. 2 2 2 2 G d Gm d kq FF T2 < P < T1 2199 2311 2 2 2 )10x6,1(x10x9 )10x8,4(x10x7,6 n k Gm q n = 2,6 x 106 RESPOSTA (E) 13. (AFA-2002) Duas cargas pontuais positivas, q 1 e q 2 = 4q 1 , são fixadas a uma distância d uma da outra. Uma terceira carga negativa q 3 é colocada no ponto p entre q 1 e q 1 , a uma distância x da carga q 1 , conforme mostra a figura a seguir. Para que as forças sobre a carga q 3 sejam nulas, o valor de x é: a) b) c) d) SOLUÇÃO: Examinando-se as forças sobre a carga q3, você conclui que a resultante será nula se: F13 = F23 2 32 2 31 )xd( qqk x qqk Porém q2 = 4q1, então: 4 x )xd( )xd( q4 x q 2 2 2 1 2 1 1) 3 d x dx3x2xd2 x xd RESPOSTA (B) 2) dx x2xd2 x xd (não convém) NB.: Na posição x = -d (ponto à esquerda de q1) as forças F13 e F23 têm módulos iguais (F13 = F23), porém a resultante não é nula, pois estas forças têm o mesmo sentido. 14. (UFC-98) Dois pequenos objetos, A e B, carregados com cargas elétricas de sinais opostos, estão sobre o eixo x. O corpo A está fixo na posição x = 0, e o corpo B pode mover-se livremente. Os dois objetos estão sujeitos somente à ação das forças elétricas entre eles. Indique, dentre as figuras abaixo, aquela que representa, qualitativamente, o módulo da força elétrica sobre o objeto B, em função da sua posição x. a) d) b) e) c) SOLUÇÃO: Como a força elétrica é inversamente proporcional ao quadrado da distância, o gráfico de F x d é uma hipérbole. RESPOSTA (D) 15. (UFPE-2002) Duas cargas elétricas positivas, cujos módulos são 4,3C e 2,0C, estão separadas por 30cm. Qual o fator de aumento da força entre as cargas, se elas forem colocadas a 5,0cm de distância entre si? a) 6 c) 18 e) 72 b) 12 d) 36 SOLUÇÃO: Lembre-se: a força elétrica é inversamente proporcional ao quadrado da distância. Para d = 30 cm, a força elétrica é F. Para d = 5 cm, a distância diminui 6 vezes, logo a força será 36 (quadrado de seis) vezes maior. RESPOSTA (D) 16. (UFC-97) As cargas mostradas na figura, q 1 e q 2 , tem o mesmo módulo e estão fixas nas posições x = – a e x = + a, respectivamente. A carga Q é positiva e está livre. Sobre a condição de equilíbrio para a carga Q, podemos afirmar: a) O equilíbrio é possível em qualquer posição sobre o eixo x, dependendo da razão entre os módulos de Q e de q 1 . b) A carga Q ficará em equilíbrio na posição x = 0 somente se q 1 e q 2 forem ambas positivas. c) A carga Q ficará em equilíbrio na posição x = 0 se q 1 e q 2 forem ambas positivas ou ambas negativas. d) A carga Q ficará em equilíbrio na posição x = 0 somente se q 1 e q 2 tiverem sinais contrários. e) Não há condição de equilíbrio sob hipótese alguma. SOLUÇÃO: A carga Q só estará em equilíbrio se a resultante das forças sobre ela for nula. Coloque a carga Q(+) numa posição qualquer e admita que as cargas q1 e q2 tenham o mesmo sinal. F1 Q F2 q (+)2q (+)1 d1 d2 + No equilíbrio de (+Q) tem-se: F1 = F2 2 2 2 2 1 1 d QKq d QKq d1 = d2 Observe que o equilíbrio (+ Q) só é possível na posição x = 0 (visto que d1 = d2). As cargas q1 e q2 podem ser ambas positivas ou negativas. RESPOSTA (C) 17. (CEFET-CE-2002) Para ter uma idéia da intensidade da força elétrica entre cargas elétricas, um estudante de física determinou a força entre dois corpos de massas iguais eletrizados com cargas de 1C, cada, separados por uma distância de 1m, no vácuo (K = 9 . 10 9 N . m 2 /C 2 ). Quantas pessoas de 90kg, cada, essa força poderia suspender? (g = 10m/s 2 ). a) 10 7 b) 10 9 c) 10 2 d) 10 11 e) 9 SOLUÇÃO: Qual o valor da força elétrica entre as cargas? Pela Lei de Coulomb, tem-se: F = K 2 21 d q.q F = 9 x 10 9 x 21 1x1 F = 9 x 10 9 N Calcule o peso de uma pessoa com m = 90kg. P = mg P = 90 x 10 P = 900N P = 9 x 10 2 N. Quantas pessoas terão um peso de 9 x 10 9 N? n.P = F n = P F n = 2 9 10x9 10x9 n= 10 7 pessoasRESPOSTA (A) 18. (UECE-97) A massa de um pêndulo de peso P, visto na figura, acumula uma determinada carga q 1 , que é atraída por uma carga q 2 , mediante F e , horizontal, que possibilita o equilíbrio do pêndulo. O módulo de F e é igual a: a) Pcotg c) Ptg b) Pcos d) Psec SOLUÇÃO: Coloque as forças que atuam na massa do pêndulo. No equilíbrio: R = 0 cos.TP sen.TF cos sen P F tg P F F = P.tg RESPOSTA (C) 19. (MACK) Na figura ao lado a carga Q 1 = 0,50C fixa em A tem uma massa 3,0 . 10 -3 kg. A carga Q 2 de massa 1,5 . 10 –3 kg é abandonada no topo do plano inclinado perfeitamente liso e permanece em equilíbrio. Adotando g = 10m/s 2 e , podemos afirmar que a carga Q 2 vale: a) 10C b) 5,0C c) 1,0C d) 0,50C e) 0,25C y x -q2+q1 T Tsen Tcos P SOLUÇÃO: Examine as forças que atuam em Q2. 5 3 50 30 sen Necessariamente a carga Q2 terá o mesmo sinal de Q1, visto que, a força elétrica será de repulsão. No equilíbrio: R = 0 cos.PN sen.PF (I) Da equação (I), tem-se F = P.sen 2 21 d QKQ = m2.g.sen Q2 = 1 2 2 KQ d.sen.g.m Q2 = 69 213 10x5,0x10x9 10x5x 5 3 x10x10x5,1 Q2 = 5 x 10 –7 C Q2 = 0,5 x 10 –6 C Q2 = 0,50C RESPOSTA (D) 20. (UNIFOR-96) Três esferas condutoras, com cargas elétricas Q, 2Q e 3Q, são posicionadas como está indicado no esquema abaixo. As distâncias d e D estão determinadas para que a força eletrostática sobre a carga 2Q seja nula. De acordo com o esquema, a razão é igual a a) d) b) e) c) SOLUÇÃO: Inicialmente observe as forças que atuam na carga 2Q. Como a força na carga 2Q é nula, tem-se: F1 = F2 3 d D D Q3.Q2.K d Q2.Q.K 2 2 22 3 d D RESPOSTA (B) 21. (UFPE-2002) Duas partículas de mesma massa têm cargas Q e 3Q. Sabendo-se que a força gravitacional é desprezível em comparação com a força elétrica, indique qual das figuras melhor representa as acelerações vetoriais das partículas. P d= 50 cm P.sen P.cos F N Q1 30cm 40cm F22QF1 3QQ d D a) b) c) d) e) RESPOSTA (C) 22. (UECE-98) Nos pontos de abscissas x = 2 e x = 5 são fixadas as cargas Q e 4Q, respectivamente, conforme mostra o esquema abaixo. Para que uma terceira carga –Q fique em equilíbrio, sob a ação exclusiva das forças elétricas exercidas pelas cargas positivas Q e 4Q, a carga negativa –Q deve ser colocada no ponto de abscissa x igual a: a) 3 b) 1 c) zero d) 4 SOLUÇÃO: Para a carga (–Q) ficar em equilíbrio, ela deverá ser colocada entre (+Q) e (+4Q). Calculando d1: F1 = F2 2 1d Q.Q.K = 2 1)dd( Q4.Q.K 2 d dd 4 d )dd( 1 1 2 1 2 1 d–d1 = 2d1 3d1 = d 3d1 = 3 d1 = 1 Calculando a abscissa (x). Como (+Q) está na abscissa (2), então (–Q) estará na abscissa: x = 2 + d1 x = 3 RESPOSTA (A) 23. (UFC) Quando a distância entre duas cargas puntiformes é de 1 x 10 -1 m, a intensidade da força elétrica em cada uma é 0,045N. Se a distância entre as mesmas duas cargas é diminuída para 3 x 10 –3 m qual é agora, a intensidade da força, em N? a) 45 d) 40 b) 30 e) 50 c) 25 SOLUÇÃO: SITUAÇÃO 1 F1 = K )I( d qq 2 1 21 Onde d1 = 1 x 10 -1 m e F1 = 45 x 10 -3 N F1 -Q F2 +4Q+Q d1 d-d1 d=3 F1 F1 d1 q1 q2 F2 = K )II( d q.q 2 2 21 Onde d2 = 3 x 10 -3 m Dividindo-se a equação (I) pela equação (II) tem-se: 2 1 2 2 2 1 21 2 2 2 1 21 2 1 d d F F qKq d x d qKq F F 21 23 2 3 )10x1( )10x3( F 10x45 F2 = 50N RESPOSTA (E) 24. (UFC-Modificada) Três cargas puntiformes são dispostas em linha reta como mostra a figura, sendo q 1 = +4q 0 , q 2 = –q 0 e q 3 = +q 0 , onde q 0 é a carga de um próton. Sobre as forças elétricas é falso afirmar: a) A soma das forças sobre q 3 é zero. b) O módulo da força que q 2 exerce sobre q 1 é quatro vezes maior que o módulo da força que q 2 exerce sobre q 3 . c) A força que q 1 exerce sobre q 2 é de atração e a força que q 1 exerce sobre q 3 é de repulsão. d) O módulo da força que q 1 exerce sobre q 3 é quatro vezes o módulo da força exercida por q 3 sobre q 1 . e) A força exercida por q 1 sobre q 2 tem a mesma direção e o mesmo sentido da força exercida por q 3 sobre q 1 . SOLUÇÃO: As forças que atuam em cada carga: A resultante na carga q3 R3 = F13 F23 F13 = F23 R3 = 0 Afirmativa a (Verdadeira) F21 = 2 2 o d Kq4 F21 = 4F23 Afirmativa b (Verdadeira) F23 = 2 2 o d Kq As cargas q1 e q2 se ATRAEM enquanto as cargas q1 e q3 se REPELEM. Afirmativa c (Verdadeira) F13 = F31 são forças do tipo ação e reação Afirmativa d (Falsa) F12 tem a mesma direção e o mesmo sentido que F31. Afirmativa e (Verdadeira) RESPOSTA (D) SITUAÇÃO FINAL F2 F2 d2 q1 q2 F31 +4qo F21 F12 qo F32 F23 +qo F13 d d GABARITO 01 B 02 E 03 B 04 D 05 D 06 D 07 D 08 B 09 D 10 E 11 A 12 E 13 B 14 D 15 D 16 C 17 A 18 C 19 D 20 B 21 C 22 A 23 E 24 D
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