Tema de Física Eletrostática Força elétrica e campo elétrico Prof. Alex S. Vieira

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1 Tema de Física Eletrostática Força elétrica e campo elétrico 1) Se, após o contato e posterior separação, F 2 é o módulo da força coulombiana entre X e Y, podese afirmar corretamente que o quociente F 1/F 2 vale a) 1/3. b) ¾. c) 4/3. d) 3. e) 4. 2) Uma esfera condutora de raio R, isolada, está eletricamente carregada, com carga elétrica de módulo Q. Considere as afirmações abaixo, sobre o módulo E do campo elétrico gerado por essa casca esférica para pontos situados a diferentes distâncias d do centro da casca. (k = constante da lei de Coulomb) II - O campo elétrico em qualquer ponto da superfície externa do condutor é perpendicular à superfície. III - O campo elétrico em qualquer ponto do espaço interior à casca é nulo. Quais estão corretas? a) apenas I b) apenas II c) apenas I e III d) apenas II e III e) I,II e III 4) As cargas elétricas +Q, -Q e +2Q estão dispostas num círculo de raio R, conforme representado na figura abaixo. I E = 0 para pontos situados no interior da casca esférica, isto é, para pontos tais que d<r. II E=kQ/R² para pontos situados sobre a superfície, isto é, para pontos tais que d=r. III E = kq/d² para pontos externos, isto é, para pontos tais que d>r. Quais estão corretas? a) Apenas I. b) Apenas II. c) Apenas I e II. d) Apenas II e III. e) I, II e III. 3) Considere uma casca condutora esférica eletricamente carregada e em equilíbrio eletrostático. A respeito dessa casca, são feitas as seguintes afirmações. I - A superfície externa desse condutor define uma superfície equipotencial. Com base nos dados da figura, é correto afirmar que, o campo elétrico resultante no ponto situado no centro círculo está representado pelo vetor a) E1 b) E2 c) E3 d) E4 e) E5

2 5) Na figura abaixo, está mostrada uma série de quatro configurações de linhas de campo elétrico. Assinale a alternativa que preenche corretamente as lacunas da sentença abaixo, na ordem em que aparecem. Nas figuras..., as cargas são de mesmo sinal e, nas figuras..., as cargas têm magnitudes distintas. a) 1 e 4 1 e 2 b) 1 e 4 2 e 3 c) 3 e 4 1 e 2 d) 3 e 4 2 e 3 e) 2 e 3 1 e 4 6) Uma pequena esfera de peso 6, N e carga elétrica 10, C encontra-se suspensa verticalmente por um fio de seda, isolante elétrico e de massa desprezível. A esfera está no interior de um campo elétrico uniforme de 300 N/C, orientado na vertical e para baixo. Considerando que a carga elétrica da esfera é, inicialmente, positiva e, posteriormente, negativa, as forças de tração no fio são, respectivamente, a) 3, N e 1, N b) 4, N e 2, N c) 5, N e 2, N d) 9, N e 3, N e) 9, N e 4, N 7) Num determinado modelo para o átomo de hidrogênio, o núcleo é constituído por um próton de massa M e carga Q e um elétron de massa me carga q movendo-se ao redor desse núcleo numa órbita circular de raio re com velocidade tangencial v. Nesse modelo, a força elétrica entre o próton e o elétron é a força centrípeta. Denotando por K a constante de Coulomb para a força elétrica, o raio da órbita do elétron é a) b) c) d) e) 8) A figura abaixo representa duas cargas elétricas puntiformes positivas, +q e +4q, mantidas fixas em suas posições.

3 Para que seja nula a força eletrostática resultante sobre uma terceira carga puntiforme, esta deve ser colocada no ponto a) A. b) B. c) C. d) D. e) E. 9) Duas cargas elétricas, positivas, estão separadas a uma distância d, no vácuo. Dobrando-se a distância entre elas, a força de interação de repulsão entre elas: a) Ficará dividida por 2. b) Ficará multiplicada por 2. c) Ficará dividida por 4. d) Ficará multiplicada por 4. e) Não se alterará. 10) Três cargas elétricas puntiformes idênticas, Q 1, Q 2 e Q 3, são mantidas fixas em suas posições sobre uma linha reta, conforme indica a figura abaixo. Sabendo-se que o módulo da força elétrica exercida por Q 1 sobre Q 2 é de 4,0x10-5 N, qual é o módulo da força elétrica resultante sobre Q 2? a) 4,0x10-5 N. b) 8,0x10-5 N. c) 1,2x10-4 N. d) 1,6x10-4 N. e) 2,0x10-4 N. b) q1=-q2. c) q1xq2>0. d) q1xq2<0. e) q1>0, q2<0. 12) Duas cargas elétricas +q e -q estão fixas nos pontos A e B, conforme a figura. Uma terceira carga positiva Q é abandonada num ponto da reta que liga AB. Podemos afirmar que a carga Q: a) Permanecerá em repouso se for colocado no meio do segmento AB. b) Mover-se-á para a direita se for colocada no meio do segmento AB. c) Mover-se-á para a direita se for colocada à direita de B. d) Mover-se-á para direita se for colocada à esquerda de A. e) Permanecerá em repouso em qualquer ponto da reta AB. 13) Assinale a alternativa que preenche corretamente as lacunas no fim do enunciado que segue, na ordem em que aparecem. Três esferas metálicas idênticas, A, B e C, são montadas em suportes isolantes. A esfera A está positivamente carregada com carga Q, enquanto as esferas B e C estão eletricamente neutras. Colocam-se as esferas B e C em contato uma com a outra e, então, coloca-se a esfera A em contato com a esfera B, conforme representado na figura: 11) Se q1 e q2 forem duas cargas elétricas, para a situação esquematizada, necessariamente, terse-á: a) q1=q2. Depois de assim permanecerem por alguns instantes, as três esferas são simultaneamente separadas. Considerando-se que o experimento foi realizado no vácuo (k 0 = 9 x 10 9 N.m 2 /C 2 ) e que a

4 distância final (d) entre as esferas A e B é muito maior que seu raio, a força eletrostática entre essas duas esferas é... e de intensidade igual a.... a) Repulsiva - koq²/(9d²). b) Atrativa koq²/(9d²). c) Repulsiva koq²/(6d²). d) Atrativa koq²/(4d²). e) Repulsiva - koq²/(4d²). e) Em I, II e III. 16) As cargas elétricas +Q, -Q e +2Q estão dispostas num círculo de raio R, conforme representado na figura abaixo. 14) Duas cargas elétricas, A e B, sendo A de 2 C e B de -4 C, encontram-se em um campo elétrico uniforme. Qual das alternativas representa corretamente as forças exercidas sobre as cargas A e B pelo campo elétrico? 15) A figura abaixo representa, em corte, três objetos de formas geométricas diferentes, feitos de material bom condutor, que se encontram em repouso. Os objetos são ocos, totalmente fechados, e suas cavidades internas se acham vazias. A superfície de cada um dos objetos está carregada com carga elétrica estática de mesmo valor Q. Com base nos dados da figura, é correto afirmar que, o campo elétrico resultante no ponto situado no centro círculo está representado pelo vetor: a) E1. b) E2. c) E3. d) E4. e) E5. 17) A figura abaixo representa duas placas metálicas planas e paralelas, perpendiculares à página, de dimensões muito maiores do que a distância d que as separa. As placas estão eletrizadas com cargas de mesmo módulo, porém de sinais contrários. Em quais desses objetos o campo elétrico é nulo em qualquer ponto da cavidade interna? a) Apenas em I. b) Apenas em II. c) Apenas em I e II. d) Apenas em II e III. Nessas condições, é correto afirmar que o campo elétrico resultante é nulo: a) apenas no ponto 1. b) apenas no ponto 2. c) apenas no ponto 3. d) apenas nos pontos 1 e 3. e) nos pontos 1, 2 e 3.

5 18) Três cargas puntiformes, de cargas +2Q, +Q e - 2Q, estão localizadas em três vértices de um losango, do modo indicado na figura abaixo. Sabendo-se que não existem outras cargas elétricas presentes nas proximidades desse sistema, qual das setas mostradas na figura representa melhor o campo elétrico no ponto P, quarto vértice do losango? a) A seta 1. b) A seta 2. c) A seta 3. d) A seta 4. e) A seta 5. INSTRUÇÃO: Responder à questão a seguir com base na figura e na situação descrita a seguir. A quantização da carga elétrica foi observada por Milikan em Nas suas experiências, Milikan mantinha pequenas gotas de óleo eletrizadas em equilíbrio vertical entre duas placas paralelas também eletrizadas, como mostra a figura abaixo. Para conseguir isso, regulava a diferença de potencial entre essas placas alterando, consequentemente, a intensidade do campo elétrico entre elas, de modo a equilibrar a força da gravidade. 19) Suponha que, em uma das suas medidas, a gota tivesse um peso de 2,4x10-13 N e uma carga elétrica positiva de 4,8x10-19 C. Desconsiderando os efeitos do ar existente entre as placas, qual deveria ser a intensidade e o sentido do campo elétrico entre elas para que a gota ficasse em equilíbrio vertical? a) 5,0x10 5 N/C, para cima. b) 5,0x10 4 N/C, para cima. c) 4,8x10-5 N/C, para cima. d) 2,0x10-5 N/C, para baixo. e) 2,0x10-6 N/C, para baixo. 20) A figura abaixo representa um campo elétrico uniforme E existente entre duas placas extensas, planas e paralelas, no vácuo. Uma partícula é lançada horizontalmente, com velocidade de módulo constante, a partir do ponto P situado a meia distância entre as placas. As curvas 1, 2 e 3 indicam possíveis trajetórias da partícula. Suponha que ela não sofra ação da força gravitacional. Com base nesses dados, assinale a alternativa que preenche corretamente as lacunas do seguinte enunciado. A trajetória... indica que a partícula.... a) 3 está carregada negativamente. b) 3 está carregada positivamente. c) 1 está carregada positivamente. d) 1 não está carregada. e) 2 está carregada positivamente. 21) A figura (I) representa, em corte, uma esfera maciça de raio R, contendo carga elétrica Q, uniformemente distribuída em todo o seu volume. Essa distribuição de carga produz no ponto P1, a uma distância d do centro da esfera maciça, um campo elétrico de intensidade E1. A figura (II) representa, em corte, uma casca esférica de raio 2R, contendo a mesma carga elétrica Q, porém uniformemente distribuída

6 sobre sua superfície. Essa distribuição de carga produz no ponto P2, à mesma distância d do centro da casca esférica, um campo elétrico de intensidade E2. Seleciona a alternativa que expressa corretamente a relação entre as intensidades de campo elétrico E1 e E2. a) E2 = 4E1. b) E2 = 2E1. c) E2 = E1. d) E2 = E1/2. e) E2 = E1/4d. 22) Duas pequenas esferas metálicas iguais, X e Y, fixadas sobre bases isolantes, estão eletricamente carregadas com cargas elétricas 6 C e 2 C, respectivamente. Quando separadas por uma distância d uma da outra, as esferas estão sujeitas a forças de atração coulombiana de módulo F1. As duas esferas são deslocadas pelas bases até serem colocadas em contato. A seguir, elas são novamente movidas pelas bases até retornarem à mesma distância d uma da outra. Se, após o contato e posterior separação das esferas, F2 é o módulo da força coulombiana entre X e Y, pode-se afirmar corretamente que o quociente F1 / F2 vale: a) 1/3 b) 3/4 c) 4/3 d) 3 e) 4 23) Três cargas puntiformes, de valores +2Q, +Q e 2Q, estão localizadas em três vértices de um losango, do modo indicado na figura abaixo. Sabendo-se que não existem outras cargas elétricas presentes nas proximidades desse sistema, qual das setas mostradas na figura representa melhor o campo elétrico no ponto P, quarto vértice do losango? a) A seta 1. b) A seta 2. c) A seta 3. d) A seta 4. e) A seta 5. 24) Duas cargas elétricas, A e B, sendo A de 2 C e B de 4 C, encontram-se em um campo elétrico uniforme. Qual das alternativas representa corretamente as forças exercidas sobre as cargas A e B pelo campo elétrico? a) b) c) d) e) Instrução: as duas questões a seguir se referem ao enunciado abaixo: Para um observador O, situado em um sistema de referência inercial, o único campo existente no interior de um tubo de vidro - dentro do qual foi feito vácuo - é um campo elétrico uniforme cujo valor permanece constante no tempo. Uma pequena esfera metálica eletricamente carregada é introduzida no tubo e o seu comportamento é observado, a partir do instante em que ela é solta. 25) As afirmações abaixo são feitas para o caso em que a esfera, com relação ao observador O, é solta com velocidade inicial nula. I. A esfera permanece imóvel. II. A esfera se move com velocidade constante. III. A esfera se move numa trajetória retilínea.

7 IV. A esfera se move com aceleração constante. Quais estão corretas do ponto de vista observador O? a) Apenas I b) Apenas II c) Apenas IV d) Apenas II e III e) Apenas III e IV 26) As afirmações abaixo são feitas para o caso em que a esfera, com relação ao observador O, é solta com velocidade inicial diferente de zero. I. A quantidade de movimento linear da esfera permanece constante. II. A energia cinética da esfera permanece constante. III. A força exercida sobre a esfera se mantém constante. Quais estão corretas do ponto de vista observador O? a) Apenas II b) Apenas III c) Apenas I e II d) Apenas I e III e) I, II e III 27) A figura abaixo representa duas placas metálicas planas e paralelas, perpendiculares à página, de dimensões muito maiores do que a distância d que as separa. As placas estão eletrizadas com cargas de mesmo módulo, porém de sinais contrários: f) do do Nessas condições, é correto afirmar que o campo elétrico resultante é nulo: a) apenas no ponto 1; b) apenas no ponto 2; c) apenas no ponto 3; d) apenas nos pontos 1 e 3; e) nos pontos 1, 2 e 3; 28) Na figura, as linhas cheias verticais representam as linhas de força de um campo elétrico uniforme situado no plano da página. Uma partícula carregada negativamente é lançada do ponto P com velocidade Vo para a direita, também no plano da página. Qual das linhas tracejadas melhor representa a trajetória seguida pela partícula a partir do ponto de lançamento? a) A b) B c) C d) D e) E

8 GABARITO 1) D 2) E 3) E 4) B 5) A 6) D 7) A 8) C 9) B 10) C 11) C 12) B 13) A 14) B 15) E 16) B 17) D 18) B 19) A 20) B 21) C 22) D 23) B 24) B 25) E 26) B 27) D 28) D