UFLA-Conceitos B-potencial_eletrico

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1 DIFERENÇA DE POTENCIAL ELÉTRICO 1
Tutorial de Física
1 Diferença de Potencial Elétrico
1.1 Revisão de trabalho
A. Suponha que um objeto se move sob a influência de uma força. Desenhe setas mostrando
as direções relativas da força e do deslocamento quando o trabalho feito pela força é:
positivo negativo zero
B. Um objeto se move de um ponto A até um ponto B, enquanto duas forças constantes,
~F1 e ~F2, de intensidades iguais são exercidas sobre ele.
1. O trabalho total feito pela força ~F1 sobre o objeto é positivo,
negativo ou zero?
2. O trabalho total feito pela força ~F2 sobre o objeto é positivo,
negativo ou zero?
3. O trabalho total resultante sobre o objeto é positivo, negativo
ou zero? Explique.
4. A velocidade do objeto no ponto B é maior, menor ou igual
a velocidade do objeto no ponto A? Explique como você
puder.
F
F
2
1
ponto A
ponto B
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C. Um objeto se move de um ponto A até um ponto B enquanto duas forças constantes, ~F3
e ~F4, de módulos diferentes, são exercidas sobre ele, como mostrado.
1. O trabalho total feito pela força ~F3 sobre o objeto é positivo,
negativo ou zero?
2. O trabalho total feito pela força ~F4 sobre o objeto é positivo,
negativo ou zero?
3. O trabalho total resultante sobre o objeto é positivo, negativo
ou zero? Explique.
4. A velocidade do objeto no ponto B é maior, menor ou igual
a velocidade do objeto no ponto A? Explique como você
puder.
F
F
4
3
ponto A
ponto B
D. Enuncie o teorema trabalho-energia com suas próprias palavras. Suas respostas na
parte B são consistentes com este teorema? Explique.
Suas respostas na parte C são consistentes com o teorema trabalho-energia? Explique.
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1.2 Trabalho e campos elétricos
O diagrama à direita mostra uma visão superior de um bastão car-
regado positivamente. Os pontos W , X , Y e Z ficam em um plano
próximo ao centro do bastão. Os pontos W e Y são equidistantes
do bastão, assim como os pontos X e Z.
A. Desenhe os vetores campo elétrico nos pontos W , X , Y e Z.
B. Uma partícula com carga +q0 se desloca ao longo e uma
linha reta do ponto W ao ponto X .
Z
Y W X
O trabalho feito pelo campo elétrico sobre a partícula é positivo, negativo ou zero? Explique
usando um esquema que mostre a força elétrica e o deslocamento da partícula.
Compare o trabalho feito pelo campo elétrico quando a partícula se desloca do ponto W ao
ponto X com aquele feito quando ela se desloca do ponto X ao ponto W .
C. A partícula se desloca do ponto X ao ponto Z ao longo de uma arco, como mostrado.
1. O trabalho feito pelo campo elétrico sobre a partícula é
positivo, negativo ou zero? Explique. (Dica: Represente
a direção da força na partícula e a direção do desloca-
mento para vários pequenos intervalos durante o movi-
mento.)
Z
Y W
X
2. Compare o trabalho feito pelo campo elétrico quando
a partícula se desloca do ponto W ao ponto X com o
trabalho feito quando a partícula se desloca do ponto W
ao ponto Z ao longo do caminho mostrado. Explique. Z
Y W
X
1 DIFERENÇA DE POTENCIAL ELÉTRICO 4
Suponha que a partícula se desloque do ponto W
ao ponto Y ao longo do caminho WXZY , como
mostrado.
1. Compare o trabalho feito pelo campo elétrico quando
a partícula se desloca do ponto W ao ponto X com o
trabalho feito quando a partícula se desloca do ponto Z
ao ponto Y ao longo do caminho mostrado. Explique.
Z
Y W
X
Qual é o trabalho total feito na partícula pelo campo elétrico quando ela se move ao longo do
caminho WXZY ?
2. Suponha que a partícula se desloca do ponto W ao
ponto Y ao longo do arco mostrado. O trabalho feito so-
bre a partícula pelo campo elétrico é positivo, negativo ou
zero? Explique usando os vetores força e deslocamento.
Z
Y W
X
3. Suponha que a partícula se desloca ao longo do cam-
inho WY . O trabalho feito sobre a partícula pelo campo
elétrico é positivo, negativo ou zero? Explique usando
os vetores força e deslocamento. (Dica: Compare o tra-
balho feito ao longo da primeira metade do caminho com
o trabalho feito ao longo da segunda metade.)
Z
Y W
X
E. Compare o trabalho feito quando a aprtícula se desloca do ponto W ao ponto Y ao
longo dos três caminhos diferentes mostrados na parte D.
É dito frequentemente que o trabalho feito por um campo elétrico estático é indepentedente do
caminho. Explique como seus resultados na parte D são consistentes com esta afirmação.
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1.3 Diferença de potencial elétrico
A. Suponha que a carga da partícula na seção II é aumentada de +q0 para 1.7q0.
1. O trabalho feito pelo campo elétrico quando a partícula se move de W para X é maior,
menor ou igual ao trabalho feito pelo campo elétrico na partícula original? Explique.
2. Como a quantidade de trabalho dividida pela carga é afetada por essa mudança?
A diferença de potencial elétrico ∆VWX entre dois pontos W e X é definida por:
∆VWX = −
Welet
q
onde Welet é o trabalho feito pelo campo elétrico sobre uma carga q que se desloca do
ponto W ao ponto X .
3. Esta quantidade depende da magnitude da carga da partícula que é usada para medi-la?
Explique.
4. Esta quantidade depende do sinal da carga da partícula que é usada para medi-la? Ex-
plique.
B. A figura oa lado mostra quatro pontos próximos a
um bastão positivamente carregado. Os pontos W e Y
são equidistantes do bastão, assim como os pontos X e
Z. Uma partícula com massa m0 = 3× 10−8kg é colo-
cada em repouso no pontoW e mais tarde é observada
no ponto X .
Z
Y W X
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1. A partícula está negativa ou positivamente carregada? Explique.
2. Suponha que o módulo da carga da partícula é 2× 10−6C e que a velocidade da partícula
é 40m/s quando passa no ponto X .
a) Encontre a variação de energia cinética da partícula quando ela se move do ponto
W ao ponto X .
b) Encontre o trabalho realizado na partícula pelo campo elétrico entre os pontos W
e X . (Dica: Veja parte D da seção I.)
c) Encontre a diferença de potencial elétrico entre os pontos W e X .
d) Se a partícula fosse deixada no ponto Y , sua velocidade ao passar pelo ponto Z
seria maior, menor ou igual a 40m/s? Explique.
3. Suponha que uma segunda partícula com a mesma massa da primeira porém com uma
carga nove vezes maior (isto é, 18× 10−6C) fosse deixada em repouso no ponto W .
a) A diferença de potencial elétrico entre os pontos W e X mudaria? Se muda, como
muda? Se não, porque não?
b) A velocidade da segunda partícula ao passar pelo ponto X seria maior, menor ou
igual a velocidade da primeira partícula ao passar pelo mesmo ponto? Explique.
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4. Uma partícula com massa m0 = 3 × 10−8Kg é jogada na direção do bastão a partir do
ponto Z e retorna no ponto Y .
a) Se a partícula tem carga q0 = 2 × 10−6C, com que velocidade ela deverá ser
lançada? Explique.
b) Se apartícula tivesse carga 9q0 (isto é, 18×10−6C) com que velocidade ela deveria
ser lançada? Explique.