Física Introdutória 1

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Universidade Federal do Ceará 
Instituto UFC Virtual 
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Pró-Reitoria de Graduação 
 
 
AULA 1 – Carga Elétrica e Campo Elétrico 
 
QUESTÃO 1 
 
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. 
 
 
Resposta: 
I. Falsa. O afastamento das folhas do eletroscópio tem ligação com o valor da carga 
elétrica recebida. 
II. Falsa. As folhas não permanecem como estavam, de acordo com a carga elétrica 
recebida, as folhas vão se afastando, devido a carga de mesmo sinal. 
III. Verdadeira. Está correto, porque os materiais serão neutralizados. 
 
QUESTÃO 2 
 
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? 
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Licenciatura em Matemática 
Disciplina: Física Introdutória II 
Prof. Herbert Lima, herbert@virtual.ufc.br 
 
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Resposta: 
u = 2/3 
d = -1/3 
 
Próton: Por possuir carga positiva, a combinação de quarks deve dar 1. 
d + u + u = -1/3 + 2/3 + 2/3 = 1 
 
Nêutron: Por possuir carga neutra, a combinação de quarks deve dar 0. 
u + d + d = 2/3 – 1/3 – 1/3 = 0 
 
Portanto, a composição de Próton é d, u, u; e a composição de nêutron é u, d, d. 
 
QUESTÃO 3 
 
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 = 1,6*10-19C; 
1 mol = 6,0*1023 
 
Resposta: 
Sendo 1 mol de átomos = 6*1023 átomos, cada elétron que se perde de um átomo reúne 
um total de 6*1023 elétrons perdidos. Se a carga de um elétron é igual a 1,6*10-19C, 
multiplicaremos pela quantidade de elétrons perdidos: 
 
Q = n * e 
Q = 6*1023 * 1,6*10-19 
Q = 9,6*104 C 
 
QUESTÃO 4 
 
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. 
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 
 
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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? 
Resposta: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Para obtermos a ordem de grandeza, verificamos que 8,93 é maior que 5,5; portanto, 
aumentamos uma unidade no expoente da base 10. Sendo assim, a ordem de grandeza é 
1035. 
 
b) Se neste estranho universo não existisse também a força eletromagnética, certamente 
não haveria nem Sol e nem os planetas. Explique por quê. 
Resposta: 
Supondo que "o universo não tivesse força gravitacional" percebemos que sem força 
gravitacional os planetas não resistiriam a pressão, e sem as forças eletromagnéticas, não 
seria possível que as partículas que compõem o universo fossem unidas, sendo assim, não 
existiriam planetas. O sistema solar seria vazio e não haveria matéria. 
 
QUESTÃO 5 
 
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? 
 
Resposta: 
Primeiramente, para estabelecermos equilíbrio, as cargas tendem a passar de uma esfera 
para outra até estabelecerem o equilíbrio. Sendo assim, para cada combinação, temos: 
 
 
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Ao fim das transferências de carga, a carga de A será 3Q. 
 
QUESTÃO 6 
 
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. 
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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. 
 
Resposta: