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2. (UFPR 2015) Uma esfera condutora, indicada pelo número 1 na figura, tem massa m=20g e carga negativa -q. Ela está pendurada por um fio isolante de massa desprezível e inextensível. Uma segunda esfera condutora, indicada pelo número 2 na figura, com massa M=200g e carga positiva Q=3µC, está sustentada por uma haste isolante. Ao aproximar a esfera 2 da esfera 1 ocorre atração. Na situação de equilíbrio estático, o fio que sustenta a esfera 1 forma um ângulo Ø=27º com a vertical e a distância entre os centros das esferas é de 10cm. Calcule a carga -q da esfera 1. Para a resolução deste problema considere g=10m/s2, k=9x109Nm2/C2 e tan27º=0,5.

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há 2 anos

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há 2 anos

Para resolver esse problema, podemos utilizar a lei de Coulomb e a lei da gravitação universal. Primeiramente, vamos calcular a força gravitacional que age na esfera 1: Fg = m * g Fg = 0,02 * 10 Fg = 0,2 N Agora, vamos calcular a força elétrica que age na esfera 1, considerando a esfera 2: F = k * |q1| * |Q2| / d^2 Onde: k = constante eletrostática = 9 x 10^9 Nm^2/C^2 |q1| = módulo da carga da esfera 1 |Q2| = módulo da carga da esfera 2 = 3 x 10^-6 C d = distância entre as esferas = 0,1 m Como as esferas se atraem, a carga da esfera 1 é negativa. Então, podemos escrever: F = k * q1 * Q2 / d^2 Agora, vamos calcular a componente horizontal da força elétrica: Fh = F * cos(27º) Fh = k * q1 * Q2 / d^2 * cos(27º) E a componente vertical da força elétrica: Fv = F * sen(27º) Fv = k * q1 * Q2 / d^2 * sen(27º) Como as esferas estão em equilíbrio estático, a força elétrica horizontal deve ser igual à força gravitacional: Fh = Fg k * q1 * Q2 / d^2 * cos(27º) = 0,2 Isolando q1, temos: q1 = (0,2 * d^2) / (k * Q2 * cos(27º)) q1 = (0,2 * 0,1^2) / (9 x 10^9 * 3 x 10^-6 * cos(27º)) q1 = -1,2 x 10^-8 C Portanto, a carga da esfera 1 é de -1,2 x 10^-8 C.

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a) 2F.
b) 3F.
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a)
b)
c)
d)

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a) é nula.
b) tem direção do eixo y sentido para baixo e módulo 1,8N.
c) tem direção do eixo y sentido para cima e módulo 1,0N.
d) tem direção do eixo y sentido para baixo e módulo 1,0N.
e) tem direção do eixo y sentido para cima e módulo 0,3N.

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