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238 RESOLUÇÃO SIM ULA DÃO : RE SOL UÇà O SIM ULA DÃO : RE SOL UÇà O Logo, ER � 4 2 kq d � 4 2 kq d � 8 2 kq d 1 Sendo: L2 � d 2 2 ⎛ ⎝ ⎜ ⎞ ⎠ ⎟ � d2 → L2 � d2 4 � d2 L2 � 5 4 2d d2 � 4 5 2L Substituindo 2 em 1 , temos: E2 � 8 4 5 2 kq L → ER � 10 2 kq L Sendo E1 � E2, temos: ER � 0 650 00 (V) 11 (F) Como é grandeza escalar, temos: VQ � V VR � 2 V Vq � V 22 (F) Se q � �Q, o campo elétrico resultante não é nulo em nenhum ponto. 33 (F) O potencial resultante só será nulo no ponto médio do segmento que une as cargas. 44 (F) Para cargas de mesmo sinal, temos: � � 651 E � k0 � Q d2 → 4,5 � 108 � 9 � 109 Q ( )10 1 2� → → Q � 4 5 10 9 10 6 9 , � � Q � 50 � 10�5 C → Q � x � 10�5 C ⇒ x � 50 652 Alternativa a. • O vetor campo elétrico é tangente à linha de força em sentido concordante com ela. • Como a carga elétrica é positiva, a força elétrica tem direção e sentido concordantes com o campo elétrico. 653 Alternativa b. 654 Alternativa d. � � � � � 655 Alternativa c. Se a acarga é positiva, a aforça elétrica tem o mesmo sentido do campo elétrico E. Logo, o movimento será retilíneo e uniformemente acelerado. 656 Alternativa c. F � m � a → q � E � m � a 4 � 10�19 � 3 � 102 � 2 � 10�17 � a a � 6 m/s2 657 Alternativa b. Fp � q � E → Fp � e � E F� � q � E → F� � 2e � E F F p � � e E e E � �2 � 1 2 658 Alternativa c. P � F → P � qE P � 2 � 10�8 � 3 � 10�2 P � 6 � 10�10 N 659 Alternativa a. Se a gotícula realiza um movimento uniforme,. temos: F � P → q � E � m � g → 3,2 � 10�19 � E � 9,6 � 10�15 � 10 E � 3 � 105 N/C 660 Alternativa c. A gota 1 desvia-se no sentido do campo E. Logo, ela é positiva. A gota 2 não sofre desvio. Logo, ela é neutra. A gota 3 desvia-se no sentido contrário de E. Logo, ela é negativa. 661 a) F 5 qE 5 1,6 ? 10219 ? 1,0 ? 104 5 1,6 ? 10215 N A força F vertical e dirigida para cima, pois o campo elétrico é vertical e para baixo e a carga q é negativa. b) t � L Vx � 10 10 10 10 2 7 , , � � � � 1,0 � 10�9 s c) �y � 1 2 at2 � 1 2 F m t2 � � 1 2 � 16 10 9 1 10 15 31 , , � � � � (1,0) � 10�9)2 � � 0,088 � 10�2 � 8,8 � 10�4 m d) vx � 1,0 � 107 m/s RESOLUÇÃO 239 SIM ULA DÃO : RE SOL UÇà O SIM ULA DÃO : RE SOL UÇà O vy � at � F m t � 16 10 9 1 10 15 31 , , � � � � � 1,0 � 10�9 � � 0,18 � 107 � 1,8 � 106 m/s e) t�� 0 40, Vx � 4,0 � 10�8 s y � �y � vyt� � 8,8 � 10�4 � 1,8 � 106 � 4,0 � 10�8 y � 8,8 � 10�4 � 7,2 � 10�2 � 7,3 � 10�2 m 662 a) A velocidade inicial do próton é: Ec � 1 2 mv2 → 2,4 � 10�16 � 1 2 � 1,67 � 10�27 � v2 28,7 � 1010 � v2 v � 5,36 � 105 m/s Cálculo da aceleração do próton: F � q � E → �m � a � q � E �1,67 � 10�27 � a � 1,6 � 10�19 � 3 � 104 a � 2,87 � 1012 m/s2 Cálculo de d: v2 � � 2ad → 0 � 28,7 � 1010 � 2 � 2,87 � 1012 � d d � 0,05 m ou d � 5 cm b) v � v0 � at → 0 � 5,36 � 105 � 2,87 � 1012� t t � 1,87 � 10�7 s 663 Alternativa e. No trecho AB o movimento da carga é retilíneo unifor- memente acelerado. No trecho BC o movimento é retilíneo e uniforme, com a mesma velocidade com a qual ela entra nessa re- gião. No trecho CD o movimento é retilíneo uniformemente retardado e com a mesma aceleração, em módulo, do trecho AB. Como a distância CD é igual à distância AB, ela atinge a superfície D com velocidade nula, isto é, a mesma velocidade com que foi colocada no ponto P. 664 As forças que agem sobre a bolinha são: A aceleração é igual a: F � P � ma → q � E � m � g � m � a 10�6 � 7 � 104 � 10 � 10�3 � 10 � 10 � 10�3 � a a � �3 m/s2 O tempo de subida é: v � v0 � at → 0 � 6 � 3t → t � 2 s O tempo para retornar ao solo é: tT � 2 � t → tT � 2 � 2 � 4 s` 665 01. (V) Representando os vetores: → ER � E � E � 0 02 (F) Como o potencial elétrico é grandeza escalar: V�q � �V VR � �2 V V�q � �V 04. (F) O trabalho (variação da energia potencial) é in- versamente proporcional à distância entre as esferas. 08. (V) Representando os vetores, temos: FR � F � F � 0 16. (V) Representando os vetores: FR � F � F � 0 32. (F) Em relação à situação inicial, teremos carga total no sistema igual a �q, portanto, não neutro. Então: 01 � 08 � 16 � 25 666 A energia potencial na 1ª- situação é: Ep � k0 � Q q d � → Ep � 9 � 109 � 1 10 2 10 0 1 7 8� � �� � , Ep � 1,8 � 10�4 J Na 2ª- situação, temos: Ep � � 1,8 � 10�4 � 1,35 � 10�4 → Ep � � 0,45 � 10�4 J Ep � � 4,5 � 10�5 J Então: Ep � � k0 � Q q d � � → 4,5 � 10�5 � � 9 � 109 � 1 10 2 107 8� � �� � �d d�� 0,4 m Portanto: �d � d� � d → �d � 0,4 � 0,1 �d � 0,3 m � 30 cm 667 Alternativa d. A pressão, a energia, a temperatura e o potencial elé- trico são grandezas escalares. O campo elétrico é uma grandeza vetorial. 668 Alternativa b. Como o potencial elétrico varia inversamente com a distância, temos: dC � 2dB ⇒ VC � VB 2 � 10 V Como o módulo do vetor campo elétrico varia inversa- mente com o quadrado da distância: dB � dC 2 ⇒ EB � 4EC � 80 N/C 669 Alternativa b. Ep � 500 N/C Vp � �3,0 � 103 V Ep � k0 � Q d2 → 500 � 9 � 109 � Q d2 1 240 RESOLUÇÃO SIM ULA DÃO : RE SOL UÇà O SIM ULA DÃO : RE SOL UÇà O Vp � k0 � Q d → 3,0 � 103 � 9 � 109 � Q d 2 Dividindo 1 por 2 , vem: d 6 � 1 → d � 6,0 m Voltando em 2 : 9 � 109 � Q � 3 � 103 � d → 9 � 109 � Q � 3 � 103 � 6 → → Q � 2 � 10�6 C Como Vp 0, a carga é negativa: Q � �2,0 � 10�6 C 670 Alternativa a. Potencial em M: VM � V1 � V2 → VM � k0 � Q d 1 2 � k0 � Q d 2 8 VM � k d 0 2 � Q Q 1 2 4 � ⎛ ⎝ ⎜ ⎞ ⎠ ⎟ Potencial em N: VN � V1 � V2 → VN � k0 � Q d 1 6 � k0 � Q d 2 4 VN � k d 0 2 � Q Q1 2 3 2 � ⎛ ⎝ ⎜ ⎞ ⎠ ⎟ Como VM � VN, obtemos: k d 0 2 � Q Q 1 2 4 � ⎛ ⎝ ⎜ ⎞ ⎠ ⎟ � k d 0 2 � Q Q1 2 3 2 � ⎛ ⎝ ⎜ ⎞ ⎠ ⎟ Q Q 1 2 � 3 8 671 Alternativa e. VM � VA � VB → VM � k0 � q d A AM � k0 � q d B BM � � k d 0 (qA � qB) VM � 9 10 0 1 9� , � (5 � 10�6 � 2 � 10�6) VM � 270 � 103 V ou VM � 270 kV 672 Alternativa e. O potencial do ponto A é a soma algébrica dos poten- ciais criados pelas cargas Q e �Q. Logo: VA � k Q AB 0 � � k Q AB 0 � �( ) VA � k0 � Q 1 3 1 4 � ⎛ ⎝ ⎜ ⎞ ⎠ ⎟ Efetuando os cálculos, obtemos: VA � k Q0 12 � 673 Potencial de uma carga em P: V 5 40 V Potencial de duas cargas: V� � V � V → V� � 40 � 40 V� � 80 V 674 1) Em virtude da simetria, para que o potencial elétrico no ponto C seja nulo, basta que a soma das cargas colocadas nos vértices seja nula. 2) Para que o campo elétrico seja nulo, no ponto C, é necessário e suficiente que as cargas colocadas nos vértices não consecutivos sejam iguais. As condições 1 e 2 ocorrem simultaneamente na op- ção e. 675 Alternativa a. †xy � Q � (Vx � Vy) †xy � 4 � 10�6 � (800 � 1 200) †xy � 4 � 10�6 � (�4 � 102) †xy � �1,6 � 10�4 � �1,6 � 10�3 J 676 Alternativa a. †AB � �Ec → q � U � �Ec 5 � 10�4 � 100 � �Ec Logo, �Ec � 5,0 � 10�2 J. 677 Alternativa e. †AB � �Ec → q � �V � k � 0 �V � k q �V � 4 10 2 10 6 9 � � � � �V � 2 � 103 � 2 kV 678 Alternativa c. Do teorema da energia cinética, sabemos que: †R � Ec i � Ec f Na situação apresentada: Ec i � 0, pois a partícula está inicialmente em repouso e Ec f � 1 2 mv2. Supondo-se a força elétrica que age sobre a partícula a única força atuante, ela é a resultante. Logo, † Fel. � 1 2 mv2 � 0 Como a força elétrica é constante, pois o campo elé- trico é uniforme, o seu trabalho pode ser calculado por: † Fel. � Fel � d , sendo Fel. � q � E Portanto: q � E � d � 1 2 mv2 RESOLUÇÃO 241 SIM ULA DÃO : RE SOL UÇà O SIM ULA DÃO : RE SOL UÇà O 1,6 � 10�19 � 2� 104 � 10�3 � 1 2 � 9,1 � 10�31 � v2 v � 8 3 � 106 m/s Assim: Q � m � v Q � 9,1 � 10�31 8 3 � 106 � 2,4 � 10�24 N � s 679 Alternativa b. †AB � q � (VA� VB) → †AB � 4 � 10�8 � (200 � 80) †AB � 4,8 � 10�6 J U � E � d → (VA � VB) � E � d 120 � 20 000 � d d � 6 � 10�3 m 680 Alternativa e. �VAB � VA � VB � E � d → �VAB � 6 � 107 � 3 �VAB � 1,8 � 108 V �VBC � VB � VC � 0, pois VB � VC. �VAC � VA � VC � VA � VB → �VAC � 1,8 � 108 V 681 Alternativa e. Como todos os pontos são eqüidistantes da carga ge- radora do campo, o potencial em todos eles é o mes- mo, o que faz com que o trablho realizado entre quais- quer dois pontos seja nulo. Portanto somente as afir- mativas III e IV são corretas. 682 Alternativa d. Caminhando no sentido das linhas de força, o poten- cial diminui e para ontos situados na mesma vertical, o potencial é o mesmo. Logo, a diferença de potencial entre I e J (VI � VJ) é a mesma que entre I e L (VI � VL), pois VJ � VL. 683 Alternativa b. †AB � q � (VA� VB) → †AB � 6 � 10�6 � V Mas: U � E � d → U � 2 � 103 � 0,04 U � 80 V Então: †AB � 6 � 10�6 � 80 †AB � 480 � 10�6 � 4,8 � 10�4 J 684 Alternativa d. †F � ��εp → q (VA � VB) � ��εp Logo, �εp � q (VB � VA). Sendo a carga positiva (�Q), conclui-se que de V4 para V1 sua energia potencial aumenta mais. 685 Alternativa d. Cargas positivas abandonadas num campo elétrico sujeitas apenas às forças elétricas deslocam-se para pontos de menor potencial. 686 Alternativa d. Se a carga elétrica da partícula for negativa a força elé- trica F tem sentido oposto ao do vetor campo elétrico E e, portanto, é desviado para a esquerda com trajetó- ria em forma de um arco de parábola. A ddp entre o ponto O e o ponto P é dado por: VP � VO � E � d VP � VO � 5 � 103 � 1 � 10�2 (V) VP � VO � 50 V ou VO � VP � �50 V 687 01. Verdadeira 02. U12 � E � d12 → E � U d 12 12 � 12 0 03, → E � � 400 V/m (V2 � V1) (Verdadeira) 04. Como q 0, o deslocamento é espontâneo para ontos de maior potencial (de 1 para 2); a ddp é nula entre as placas 2 e 3 e o movimento é uniforme; entre 3 e 4 o potencial decresce e o movimento é retardade (verdadeiro). 08. †14 � q � (V1 � V4); sendo V1 � V4, †14 � 0 (Verda- deira) 16. Como U23 � 0, temos: U � E � d. Logo, E � 0. (Verdadeira) 32. Sendo †14 � 0, vem: †14 � q � U14. Logo, U14 � 0 (Falsa) Então: 01 � 02 � 04 � 08 � 16 � 31 688 Alternativa c. a) A � m � a → q � E � m � a → a � q E m � (Falsa) b) A trajetória é retilínea, pois o campo é ascendente e a carga é positiva (Falsa). c) †P1P2 � �Ec → q � E � d � EcP2 � EcP1 → → EcP2 � q � E � d (Verdadeira) d) Num campo uniforme, a força elétrica é constante. Logo, o movimento da partícula é uniformemente ace- lerado (Falsa). e) Como q � 0, a força tem mesma direção e mesmo sentido do campo elétrico (Falsa). 689 Alternativa a. †F � Ec � Ec0 → q � U � m v� 2 2 → 1,6 � 10�19 � 1 � � 9 10 2 31 2� �� U → v � 6,0 � 105 m/s 690 Alternativa e. Todas as alternativas estão corretas. 691 Alternativa b. A estrutura metálica dos veículos atua como blinda- gem eletrostática, não permitindo que as cargas pene- trem no seu interior. 242 RESOLUÇÃO SIM ULA DÃO : RE SOL UÇà O SIM ULA DÃO : RE SOL UÇà O VC � 6,3 � 104 V (Verdadeira) 22. Como † � q � (VC � VD) depende da carga, a alter- nativa é falsa. 33. Falsa, pois está concentrada em sua superfície. 44. Falsa. O potencial decresce no sentido do campo elétrico. (VA � VB � VC) 696 Alternativa c. Do gráfico, temos: Ei � 0 → R � 1 cm � 1 � 10�2 m Vi � 900 V Vi � k0 � Q R → 900 � 9 � 109 � Q 1 10 2� � → Q � 1 � 10�9 C 697 Alternativa b. Esup. � Ep → 1 2 k0 � Q R2 � k0 � Q R2 → d2 � 2R2 → → d2 � 2 � 1 → d � 2 � 1,4 cm 698 Alternativa c. Ocorreu uma indução total. A carga induzida na super- fície interna tem mesmo módulo e sinal contrário ao da carga colocada no centro da esfera. A carga na super- fície externa é igual à carga no centro da esfera metá- lica oca. 699 Alternativa b. Dados: R � 10 cm � 10 � 10�2 m; Q � 6 � 10�8 C; q � 10�9 C O potencial ao qual a carga fica submetida é o da su- perfície da casca esférica. Logo: V � k0 � Q R → V � 9 � 109 � 6 10 10 10 8 2 � � � � V � 5,4 � 103 V Como não há interação elétrica na parte interna da casca esférica, a força elétrica é nula. 700 Alternativa e. V E � k Q R k Q R 0 0 2 2 2 � � ( ) � 2R 692 Dados Q1 5 8 C; h1 5 200 m; Q2 5 22 C; h2 5 120 m; Q3 5 4 C; h3 5 100 m Campo elétrico resultante no solo E: E � E1 � E2 � E3 Cuja intansidade é: E � � k Q h 0 1 1 2 � ⎛ ⎝ ⎜ ⎞ ⎠ ⎟ � k Q h0 1 2 � ⎛ ⎝ ⎜ ⎞ ⎠ ⎟ � k Q h 0 3 3 2 � ⎛ ⎝ ⎜ ⎞ ⎠ ⎟ E � 9 � 109 � � � � 8 200 12 120 4 1002 2 2 ⎛ ⎝ ⎜ ⎞ ⎠ ⎟ E � 2,1 � 106 V/m E � 21 � 105 V/m 693 77 01. Verdadeira, pois Ei � 0, isto é, não ocorre movi- mento ordenado de cargas elétricas (o condutor está em equilíbrio eletrostático). 02. Falsa. 04. Verdadeira, pois o carro é uma blindagem eletrostática (gaiola de Faraday). 08. Verdadeira, pois é o poder das pontas. 16.Falsa. Determinando a carga máxima: E � k0 � Q R2 → 3 � 106 � 9 � 109 � Q ( )3 10 1 2� � → → Q � 30 �C 32. Falsa. Estando o condutor em equilíbrio eletrostático, o potencial num ponto interno é igual ao potencial em um ponto da superfície. 64. Verdadeira. Quanto maior a densidade superficial de carga, mais fácil é a sua transferência para outros corpos. Então: 01 � 04 � 08 � 64 � 77 694 Alternativa a. Dados: R � 10 cm � 0,1 m; Q � 4,0�C � 4,0 � 10�6 C; d � 8,0 cm � 0,08 m Como d R → Vp � Vsup. Vsup. � k0 � Q R → Vsup. � 9 � 109 � 4 0 10 0 1 6, , � � Vsup. � 3,6 � 105 V 695 00. EA � k0 � Q d A A 2 � 9 � 109 � 32 10 8 6 2 � � � 4,5 � 103 N/C EB � k0 � Q d B B 2 � 9 � 109 � 18 10 6 6 2 � � � 4,5 � 103 N/C Logo, EA � EB; alternativa verdadeira. 11. VC � VA � VB → VC � k0 � Q d A A � k0 � Q d B B VC � 9 � 109 32 10 8 18 10 6 6 6� � �� �⎛ ⎝ ⎜ ⎞ ⎠ ⎟ RESOLUÇÃO 243 SIM ULA DÃO : RE SOL UÇà O SIM ULA DÃO : RE SOL UÇà O 701 Dados: R � 1 m; F � 10�8 C/m2; k0 � 9 � 109 N � m2/C2 a) F � Q S → 10�8 � Q 4 1 2 � ( ) → Q � 1,25 � 10�7 C b) E � k0 � Q R2 → E � 9 � 109 � 1 25 10 1 7 2 , � � → → E � 1,12 � 103 N/C 702 Alternativa e. Do gráfico: d � 15 � 10�2 m Vext. � 60 V Vext. � k0 � Q d → 60 � 9 � 109 Q 1 5 10 2, � � → Q � 10�9 C C � Q V → 10 � 10�12 � 10 9� V → V � 100 V � � 100 V Vi � Vsup. � k0 � Q R → 100 � 9 � 109 � 10 9� R → R � 9 � 10�2 m � a � R � 9 � 10�2 m � 9 cm 703 Alternativa a. C � R k0 → C � 0 50 9 109 , � → C � 1 18 � 10�9 F Q � C � V → Q � 1 18 � 10�19 � 300 → Q � 1,7 � 10�8 C 704 Alternativa a. d � 1,0 cm e d � 10 cm são pontos internos. Logo: Ei � 0 705 Alternativa e. d � 0,10 m → Ei � 0 d � 3,0 m E � k0 � Q q → E � 9 � 109 � 17 10 3 8 2 , � � E � 17 V/m 706 Calculando as capacitâncias das esferas A e B: CA � R k A 0 � R k0 ; CB � R k B 0 � 2 � R k0 Considerando A � 4πR2 (área da esfera): AA � 4πR2 e AB � 4π(2R)2 � 16πR2 Como VA � VB�, então: VA � 2VB → Q A A A � 2 � Q A B B → Q R A 4 2 � QA � 2 16 2 � Q R B Calculando os pontencias VA e VB das esferas: VA � K0 � Q R A A → VA � k � Q R A VB � k0 � Q R B B → VB � 1 2 k0 � Q R B Como QA � QB 2 → VA � k0 � Q R B 2 → VA� 1 2 k0 � Q R B , ou seja: VA � VB. Portanto, não há passagem de carga entre os condu- tores porque seus potenciais são iguais. 707 Alternativa e. Dados: RA � 10 cm � 0,1 m; QA� 3 � 10�6 C; RB � � 5 cm � 0,05 m; QB � 2 � 10�6 C Os elétrons deverão se movimentar da esfera de me- nor paraa de maior potencial: VA � Q C A A � Q R k A A 0 � Q k R A A � 0 → VA � 3 10 0 1 6� � , k0 VA � 30 � 10�6 k0 VB � Q C B B � Q R k B B 0 � Q k R B B � 0 → VB � 2 10 0 05 6� � , k0 VB � 40 � 10�6 k0 Logo, os elétrons deslocam-se da esfera maior para a menor, no sentido oposto ao sentido do campo elétri- co. Sob mesmo potencial terá mais carga a de maior raio, pois Q � C � V → Q � R k0 � V 708 Alternativa c. QA � CA � VA → QA � R k A 0 � VA � 2 0 R k � VA QB � CB � VB → QB � R k B 0 � VB � R k0 � VB Como VA � VB, vem: Q t R A � 2 � Q k R B � 0 → Q Q A B � 2 709 Alternativa a. CA � 3R k e CB � R k QA � 6Q e QB � Q