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Cesgranrio · Petrobras · Técnico(a) de Operação Júnior · 2010 · questão 37

Cesgranrio Petrobras 2010 Física · Força elétrica e lei de Coulomb também em Física · Equilíbrio de ponto material

Questão 37

Duas partículas, A e B, têm a mesma massa m = 3 x 10\(^{-2}\) kg. Cada partícula está presa à extremidade de um fio de 1 metro de comprimento, que se encontra fixo ao teto, através de sua outra extremidade, em um ponto O. A e B estão carregadas, cada uma, com uma mesma quantidade de carga Q, e, devido a isso, elas se afastam de tal forma que, ao atingirem o equilíbrio, cada fio faz um ângulo \(\theta\) com a vertical, conforme ilustrado na figura abaixo.

Figura da prova, arquivo q37_fig01.png

Considere sen\(\,\theta\) = 0,6 e cos\(\,\theta\) = 0,8 e a aceleração da gravidade local 10 m/s\(^{2}\). Sabendo-se que a constante eletrostática do meio é k = 9 x 10\(^{9}\) N.m\(^{2}\)/C, o valor da carga Q, em \(\mu\)C, é

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Resposta da banca: E

Resolução comentada

Situar o problema antes de calcular.

Assunto

Equilíbrio de carga pendurada: a repulsão de Coulomb é equilibrada pela componente horizontal da tração, e vale mg tan θ.

Objetivo

Achar a carga Q de duas esferas de 30 g em fios de 1 m que se afastam até θ com sen 0,6. O que está em jogo é achar a força elétrica pelo equilíbrio e a distância pela geometria.

Conceitos para revisar

Equilíbrio de cada esfera

Peso para baixo, tração no fio, repulsão horizontal. Dividindo as duas equações, a tração some.

\[F_{e} = m\, g\, \tan\theta\]
tan θ = sen/cos = 0,75

Distância entre as esferas

Cada fio se afasta da vertical L sen θ; a distância entre as cargas é o dobro.

\[d = 2\, L\, \mathrm{sen}\,\theta\]
L1 m

Coulomb

Cargas iguais: força k Q²/d².

\[F_{e} = \dfrac{k\, Q^{2}}{d^{2}}\]
k9 × 10⁹

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