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Duas esferas metálicas e idênticas estão eletrizadas com cargas iguais a Q = 12 . 10-8 C e encontram-se no vácuo, suspensas por fios isolantes e em equilíbrio conforme figura a seguir. Sabendo que esses fios possuem comprimentos iguais a 10 cm e formam um ângulo igual a 37º com suas forças peso, o valor da força peso de cada esfera será igual a: (Considere k = 9,0 .109, sen 37º = 0,60 e cos 37º = 0,80)

A. P = 120 . 10-2 N.
B. P = 12 . 10-2 N.
C. P = 2,4 . 10-2 N.
D. P = 24 . 10-2 N.
E. P = 1,2 . 10-2 N.
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Questões para Estudantes

há 10 meses

Respostas

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há 10 meses

Para resolver essa questão, precisamos calcular a força peso (P) de cada esfera. Sabemos que as esferas estão eletrizadas e se repelem, mas a força peso é dada pela fórmula: \[ P = m \cdot g \] onde \( m \) é a massa da esfera e \( g \) é a aceleração da gravidade (aproximadamente \( 9,8 \, m/s^2 \)). No entanto, como não temos a massa diretamente, precisamos usar a força de repulsão elétrica entre as esferas para encontrar a relação com a força peso. A força de repulsão elétrica \( F \) entre as esferas é dada pela Lei de Coulomb: \[ F = k \cdot \frac{Q^2}{r^2} \] onde: - \( k = 9,0 \times 10^9 \, N \cdot m^2/C^2 \) - \( Q = 12 \times 10^{-8} \, C \) - \( r \) é a distância entre as esferas. A distância \( r \) pode ser calculada usando o comprimento do fio e o ângulo formado. Com um comprimento de 10 cm e um ângulo de 37º, a distância entre as esferas pode ser calculada como: \[ r = 2 \cdot L \cdot \sin(37º) \] \[ r = 2 \cdot 0,1 \cdot 0,6 = 0,12 \, m \] Agora, substituindo na fórmula da força de repulsão: \[ F = 9,0 \times 10^9 \cdot \frac{(12 \times 10^{-8})^2}{(0,12)^2} \] Calculando: \[ F = 9,0 \times 10^9 \cdot \frac{144 \times 10^{-16}}{0,0144} \] \[ F = 9,0 \times 10^9 \cdot 10^{-12} \] \[ F = 9,0 \times 10^{-3} \, N \] Agora, sabendo que a força peso é equilibrada pela componente da força de repulsão, podemos usar a relação do triângulo formado: \[ F = P \cdot \cos(37º) \] Assim, temos: \[ P = \frac{F}{\cos(37º)} \] \[ P = \frac{9,0 \times 10^{-3}}{0,8} \] \[ P = 11,25 \times 10^{-3} \, N \] Aproximando, temos \( P \approx 12 \times 10^{-3} \, N \). Portanto, a alternativa correta é: B. P = 12 . 10-2 N.

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