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10. (UFJF-PISM 3 2017) Duas pequenas esferas con- dutoras idênticas estão eletrizadas. A primeira esfera tem uma carga de 2Q e a segunda uma car- ga de 6Q. As duas esferas estão separadas por uma distância d e a força eletrostática entre elas é F1. Em seguida, as esferas são colocadas em contato e depois separadas por uma distância 2d. Nessa nova configuração, a força eletrostática en- tre as esferas é F2. Pode-se afirmar sobre a relação entre as forças F1 e F2, que: a) F1 = 3 F2 b) F1 = F2/12 c) F1 = F2/3 d) F1 = 4 F2 e) F1 = F2

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há 2 anos

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há 6 meses

Vamos analisar a situação passo a passo. 1. Cargas iniciais: - Esfera 1: carga \( Q_1 = 2Q \) - Esfera 2: carga \( Q_2 = 6Q \) 2. Força eletrostática inicial (F1): A força eletrostática entre as duas esferas é dada pela Lei de Coulomb: \[ F_1 = k \frac{|Q_1 \cdot Q_2|}{d^2} = k \frac{|2Q \cdot 6Q|}{d^2} = k \frac{12Q^2}{d^2} \] 3. Quando as esferas são colocadas em contato: As cargas se redistribuem igualmente, pois as esferas são idênticas. A carga total é: \[ Q_{total} = 2Q + 6Q = 8Q \] Cada esfera, após o contato, terá: \[ Q' = \frac{Q_{total}}{2} = \frac{8Q}{2} = 4Q \] 4. Força eletrostática após o contato (F2): Após serem separadas por uma distância \( 2d \), a nova força eletrostática é: \[ F_2 = k \frac{|Q' \cdot Q'|}{(2d)^2} = k \frac{|4Q \cdot 4Q|}{(2d)^2} = k \frac{16Q^2}{4d^2} = k \frac{4Q^2}{d^2} \] 5. Relação entre F1 e F2: Agora, podemos comparar \( F_1 \) e \( F_2 \): \[ F_1 = k \frac{12Q^2}{d^2} \] \[ F_2 = k \frac{4Q^2}{d^2} \] Para encontrar a relação: \[ \frac{F_1}{F_2} = \frac{k \frac{12Q^2}{d^2}}{k \frac{4Q^2}{d^2}} = \frac{12}{4} = 3 \] Portanto, \( F_1 = 3F_2 \). Assim, a relação correta entre as forças é: a) F1 = 3 F2.

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há 2 anos

A resposta correta é a letra C) F1 = F2/3. Quando as esferas são colocadas em contato, elas se tornam eletricamente neutras e a carga total é dividida igualmente entre elas. Portanto, cada esfera terá uma carga de 4Q. Ao separar as esferas por uma distância de 2d, a força eletrostática entre elas será F2. A carga em cada esfera é a mesma, então a força eletrostática entre elas será dada por: F2 = k * (4Q)^2 / (2d)^2 Ao separar as esferas por uma distância d, a força eletrostática entre elas será F1. A carga em cada esfera é diferente, então a força eletrostática entre elas será dada por: F1 = k * (2Q) * (6Q) / d^2 Dividindo F1 por F2, temos: F1/F2 = [(2Q) * (6Q) / d^2] / [(16Q^2) / (4d^2)] F1/F2 = (12Q^2 / d^2) / (16Q^2 / (4d^2)) F1/F2 = (3/4) F1 = (3/4) * F2 Portanto, a alternativa correta é a letra C) F1 = F2/3.

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c) 60 g
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