ATIVIDADE PARA 4UL FÍSICA (3S14 e 3S15)

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1 ATIVIDADE PARA 4UL FÍSICA (3S14 e 3S15) 1 - Duas partículas de cargas elétricas Q1 = 4, C e q2 = 6, C, estão separadas no vácuo por uma distância de 3, m. Sendo k = 9, N.m 2 /C 2, determine a intensidade da força de interação entre elas, em newtons. 2 - Duas cargas iguais de C, se repelem no vácuo com uma força de 0,1N. Sabendo-se que a constante elétrica do vácuo é Nm 2 /C 2, qual a distância entre as cargas, em metros? 3 - Dois corpúsculos eletrizados com cargas elétricas idênticas estão situados no vácuo (Ko= N.m 2 /C 2 ) e distantes 1m um do outro. A intensidade da força de interação eletrostática entre eles é 3, N. Qual a carga elétrica de cada um desses corpúsculos (em C)? 4 - Duas cargas elétricas puntiformes são separadas por uma distância de 4,0 cm e se repelem mutuamente com uma força de 3, N. Se a distância entre as cargas for aumentada para 12,0 cm, a força entre as cargas passará a ser de quanto? 5 - Dois corpos pontuais em repouso, separados por certa distância e carregados eletricamente com cargas de sinais iguais, repelem-se de acordo com a Lei de Coulomb. a) Se a quantidade de carga de um dos corpos for triplicada, a força de repulsão elétrica permanecerá constante, aumentará (quantas vezes?) ou diminuirá (quantas vezes?)? b) Se forem mantidas as cargas iniciais, mas a distância entre os corpos for duplicada, a força de repulsão elétrica permanecerá constante, aumentará (quantas vezes?) ou diminuirá (quantas vezes?)? 6 - Em um ponto P do espaço existe um campo elétrico horizontal de intensidade E= N/C, voltado para a direita. a) Se uma carga de prova de 1,5 C, positiva, é colocada em P, qual será o valor da força elétrica que atua sobre ela? b) Em que sentido a carga de prova tenderá a se mover, se for solta? c) Responda às questões a e b supondo que a carga de prova seja negativa. 7 - Uma carga q = 2, C é colocada num ponto M do espaço e fica sujeita a uma força elétrica F = 10N, para o norte. Nesse ponto, calcule a intensidade e o sentido do campo elétrico. 8 - Uma carga elétrica puntiforme com 4 C que é colocada em um ponto P do vácuo, fica sujeita a uma força elétrica de intensidade 1,2 N. Qual a intensidade do campo elétrico nesse ponto P (considere K= N.m 2 /C²)? 9 - Duas cargas elétricas pontuais, de mesmo valor e com sinais opostos, encontram-se em dois dos vértices de um triângulo eqüilátero. No ponto médio entre esses dois vértices, o módulo do campo elétrico resultante devido às duas cargas vale E. Qual o valor do módulo do campo elétrico no terceiro vértice do triângulo? 10 - No início do século XX (1910), o cientista norte-americano ROBERT MILLIKAN conseguiu determinar o valor da carga elétrica do ELÉTRON como q = -1, C. Para isso colocou gotículas de óleo eletrizadas dentro de um campo elétrico vertical, formado por duas placas eletricamente carregadas, semelhantes a um capacitor de placas planas e paralelas, ligadas a uma fonte de tensão conforme ilustração a seguir (g = 10 m/s 2 ).

2 Admitindo que cada gotícula tenha uma massa de 1, kg, qual o valor do campo elétrico necessário para equilibrar cada gota, considerando que ela tenha a sobra de um único ELÉTRON (carga elementar) Uma carga de 10-6 C está uniformemente distribuída sobre a superfície terrestre. Considerando-se que o potencial elétrico criado por essa carga é nulo a uma distância infinita, qual será aproximadamente o valor desse potencial elétrico sobre a superfície da Lua? Dados: D Terra-Lua =3, m; k = Nm 2 /C Uma carga de -2, C está na origem de um eixo X. Qual é a diferença de potencial entre x1 = 1,0m e x2 = 2,0m (em volts)? 13 - Na determinação do valor de uma carga elétrica puntiforme, observamos que, em um determinado ponto do campo elétrico por ela gerado, o potencial elétrico é de 18 kv e a intensidade do vetor campo elétrico é 9,0 kn/c. Se o meio é o vácuo (k = N.m 2 /C 2 ), determine o valor dessa carga Uma carga elétrica positiva Q gera um campo elétrico a sua volta. Duas superfícies equipotenciais e o percurso de uma carga elétrica q = C, que se desloca de A para B, estão representados na figura. Determine, em joules, trabalho realizado pelo campo elétrico de Q sobre a carga q nesse deslocamento entre as superfícies de 3V e de 5V Um elétron é colocado em repouso, entre duas placas metálicas planas e paralelas, onde é aplicada uma diferença de potencial de 20V (ver figura). Qual a energia cinética que o elétron adquire quando atinge a placa de maior potencial? A carga do elétron vale, em módulo, 1, C A enguia elétrica ou poraquê, peixe de água doce da região amazônica chega a ter 2,5 m de comprimento e 25 cm de diâmetro. Na cauda, que ocupa cerca de quatro quintos do seu comprimento, está situada a sua fonte de tensão - as eletroplacas. Dependendo do tamanho e da vitalidade do animal, essas eletroplacas podem gerar uma tensão de 600V e uma corrente de 2,0A, em pulsos que duram cerca de 3,0 milésimos de segundo, descarga suficiente para atordoar uma pessoa ou matar pequenos animais. (Adaptado de Alberto Gaspar. "Física". v.3. São Paulo: Ática, 2000, p. 135) Numa descarga elétrica da enguia sobre um animal, estime o número de cargas elétricas elementares que percorre o corpo do animal, a cada pulso. Dado: carga elementar = 1, C 17 - O feixe de elétrons num tubo de televisão percorre uma distância de 0,50 m no espaço evacuado entre o emissor de elétrons e a tela do tubo. Se a velocidade dos elétrons no tubo é m/s e se a corrente elétrica do feixe é 2,0 ma, calcule o número de elétrons que há no feixe em qualquer instante.(considere a carga elementar como 1, C).

3 18 - Mediante estímulo, íons de K+ atravessam a membrana de uma célula nervosa em 1,0 milissegundo. Calcule a intensidade dessa corrente elétrica, sabendo que a carga elementar é 1, C Considere os seguintes equipamentos operando na máxima potência durante uma hora: uma lâmpada de 100W, o motor de um fusca, o motor de um caminhão, uma lâmpada de 40W, um ferro de passar roupa. a) Qual das lâmpadas consome menos energia? b) Que equipamento consome mais energia? c) Coloque os cinco equipamentos em ordem crescente de consumo de energia Para a iluminação do navio são utilizadas lâmpadas de 60 W e 600 lâmpadas de 200 W, todas submetidas a uma tensão eficaz de 120 V, que ficam acesas, em média, 12 horas por dia. Considerando esses dados, determine: a) a corrente elétrica total necessária para mantê-las acesas; b) o custo aproximado, em reais, da energia por elas consumida em uma viagem de 10 dias, sabendo-se que o custo do kwh é R$ 0, Um grupo de alunos, ao observar uma tempestade, imaginou qual seria o valor, em reais, da energia elétrica contida nos raios. Para a definição desse valor, foram considerados os seguintes dados: - potencial elétrico médio do relâmpago = 2,5 107 V; - intensidade da corrente elétrica estabelecida = 2,0 105 A; - custo de 1 kwh = R$ 0, kWh=3,6.106J Admitindo que o relâmpago tem duração de um milésimo de segundo, qual o valor aproximado em reais, calculado pelo grupo para a energia nele contida? 22 - Chama-se "gato" uma ligação elétrica clandestina entre a rede e uma residência. Usualmente, o "gato" infringe normas de segurança, porque é feito por pessoas não especializadas. O choque elétrico, que pode ocorrer devido a um "gato" malfeito, é causado por uma corrente elétrica que passa através do corpo humano. Considere a resistência do corpo humano como 105 para pele seca e 103 para pele molhada. Se uma pessoa com a pele molhada toca os dois pólos de uma tomada de 220 V, qual a corrente que a atravessa, em A? 23 - Alguns cabos elétricos são feitos de vários fios finos trançados e recobertos com um isolante. Um certo cabo tem 150 fios e a corrente total transmitida pelo cabo é de 0,75A quando a diferença de potencial é 220V. Qual é a resistência de cada fio individualmente, em k? 24 - O tamanho dos componentes eletrônicos vem diminuindo de forma impressionante. Hoje podemos imaginar componentes formados por apenas alguns átomos. Seria esta a última fronteira? A imagem a seguir mostra dois pedaços microscópicos de ouro (manchas escuras) conectados por um fio formado somente por três átomos de ouro. Esta imagem, obtida recentemente em um microscópio eletrônico por pesquisadores do Laboratório Nacional de Luz Síncrotron, localizado em Campinas, SP, demonstra que é possível atingir essa fronteira. a) Calcule a resistência R desse fio microscópico, considerando-o como um cilindro com três diâmetros atômicos de comprimento. Lembre-se de que, na Física tradicional, a resistência de um cilindro é dada por: R=.L/A, onde é a resistividade, L é o comprimento do cilindro e A é a área da sua seção transversal. Considere a

4 resistividade do ouro = 1, m, o raio de um átomo de ouro 2, m e aproxime =3,2. b) Quando se aplica uma diferença de potencial de 0,1V nas extremidades desse fio microscópico, mede-se uma corrente de 8, A. Determine o valor experimental da resistência do fio. A discrepância entre esse valor e aquele determinado anteriormente devese ao fato de que as leis da Física do mundo macroscópico precisam ser modificadas para descrever corretamente objetos de dimensão atômica Um pássaro pousa em um dos fios de uma linha de transmissão de energia elétrica. O fio conduz uma corrente elétrica i= 1000A e sua resistência, por unidade de comprimento, é de 5, /m. A distância que separa os pés do pássaro, ao longo do fio, é de 6,0 cm. Qual é a diferença de potencial, em milivolts (mv), entre os seus pés? 26 - Um fio A tem resistência elétrica igual a duas vezes a resistência elétrica de um outro fio B. Sabe-se que o fio A tem o dobro do comprimento do fio B e sua seção transversal têm raio igual à metade do raio da seção transversal do fio B. Determine a relação A/ B entre a resistividade do material do fio A e a resistividade do material do fio B Em cada uma das associações abaixo, calcule a resistência do resistor equivalente entre os pontos especificados: a) b) c)

5 d) e) f) g) h) i)

6 j) l) 28 - No trecho de circuito a seguir, L1 e L2 são lâmpadas de valores nominais (80W,20V) e (36W,12V), respectivamente: Determine o valor da resistência R que faz L2 ter brilho normal. Suponha L1 operando conforme as especificações No circuito elétrico representado no esquema abaixo, a corrente no resistor de 6 é de 4A e no de 12 é de 2A. Nessas condições, determine o valor da resistência do resistor R e a tensão U aplicada entre os pontos C e D Uma corrente de 0,10A passa pelo resistor de 25, conforme indicado na figura abaixo.

7 Qual é a corrente que passa pelo resistor de 80? 31 - A figura seguinte representa um circuito elétrico composto por uma fonte ideal e três resistores. Quando a corrente elétrica que passa no resistor de 2 é de 6 A, qual a potência dissipada pelo resistor de 6, em watts? 32 - Um circuito contendo quatro resistores é alimentado por uma fonte de tensão, conforme figura. Calcule o valor da resistência R, sabendo-se que o potencial eletrostático em A é igual ao potencial em B Um gerador elétrico tem potência de 0,6kW quando percorrido por uma corrente de 50 A. Qual sua força eletromotriz? 34 - O funcionamento de uma bateria elétrica pode ser descrito pelo gráfico U x i a seguir, onde U é a diferença de potencial entre os terminais da bateria quando a mesma é atravessada pela corrente elétrica i. a) Determine os valores da fem da bateria e de sua resistência interna, bem como o valor da corrente para a qual a bateria estará em curto circuito. Justifique suas respostas. b) Esboce o gráfico da potência P fornecida pela bateria a um circuito externo em função da corrente elétrica i que a atravessa, determinando o valor máximo dessa potência As características de uma pilha, do tipo PX, estão apresentadas a seguir, tal como fornecidas pelo fabricante. Três dessas pilhas foram colocadas para operar, em série, em uma lanterna que possui uma lâmpada L, com resistência constante R=3,0. Uma pilha, do tipo PX, pode ser representada, em qualquer situação, por um circuito equivalente, formado por um gerador ideal de força eletromotriz E=1,5V e uma resistência interna r=2/3, como representado no esquema a seguir. Por engano, uma das pilhas foi colocada invertida, como representado na lanterna. Determine: a) A corrente I, em ampères, que passa pela lâmpada, com a pilha 2 "invertida", como na figura. b) A potência P, em watts, dissipada pela lâmpada, com a pilha 2 "invertida", como na figura.

8 36 - No circuito da figura abaixo, determine a diferença de potencial VA VB, com a chave K aberta, e posteriormente fechada O esquema a seguir representa duas pilhas ligadas em paralelo, com as resistências internas indicadas: a) Qual o valor da corrente que circula pelas pilhas? b) Qual é o valor da diferença de potencial entre os pontos A e B? c) Qual das duas pilhas está se "descarregando"? 38 - Calcule o valor de R para que a corrente fornecida pela associação de geradores em oposição seja 2 A. Dados: E1= 55V e E2= 5V 39 - No circuito abaixo, determine a diferença de potencial nos terminais do resistor de Nos circuitos a seguir, determine as indicações fornecidas pelos medidores, ambos ideais: 41 - Uma partícula de carga elétrica q e massa m, é ejetada numa região onde existe campo elétrico e magnético, ambos não nulos, mas cuja força resultante sobre a partícula é nula. Desprezando o campo gravitacional, o que você pode dizer quanto a direção dos campos elétrico e magnético? Explique a sua resposta. 42 Determine, em newtons, a intensidade da maior força de origem magnética (medida em newton) que pode atuar sobre um elétron (carga e = 1, C) em um tubo de TV, onde existe um campo magnético de módulo B = 83,0 mt, quando sua velocidade é de 7, m/s Represente a força magnética que age sobre cada condutor retilíneo, percorrido por corrente elétrica e imerso no interior de um campo magnético uniforme, nos casos:

9 44 - Uma espira circular de raio R é mantida próxima de um fio retilíneo muito grande percorrido por uma corrente if = 62,8 A, com o sentido indicado pela figura. Qual a intensidade e o sentido da corrente ie que percorrerá a espira para que o campo magnético resultante no centro C da mesma seja nulo? 45 - A figura representa uma bateria, de força eletromotriz E e resistência interna r = 5,0, ligada a um solenóide de 200 espiras. Sabe-se que o amperímetro marca 200 ma e o voltímetro marca 8,0 V, ambos supostos ideais. a) Qual o valor da força eletromotriz da bateria? b) Qual a intensidade do campo magnético gerado no ponto P, localizado no meio do interior vazio do solenóide? Dados: o = T.m/A; B = o (N/L) i (módulo do campo magnético no interior de um solenóide) 46 - Um solenóide ideal, de comprimento 50 cm e raio 1,5 cm, contém 2000 espiras e é percorrido por uma corrente de 3,0A. O campo de indução magnética é paralelo ao eixo do solenóide e sua intensidade B é dada por: B = n I, onde n é o número de espiras por unidade de comprimento e I é a corrente. Sendo o= Tm/A: a) qual é o valor de B ao longo do eixo do solenóide? b) qual é a aceleração de um elétron lançado no interior do solenóide, paralelamente ao eixo? Justifique.

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