quinta-feira, 7 de março de 2019

EXERCÍCIOS RESOLVIDOS BLOCO 39 – FÍSICA BÁSICA 22 – FISBAS22-03 - Campo Elétrico - @fisicaseculo21

CAMPO ELÉTRICO

O conceito de campo, na física, surgiu para modelar interações físicas em que não há contato direto entre os corpos que interagem. O campo funciona como uma forma especial de matéria, que possui energia, mas não massa, “por onde se propaga a informação da interação.”

O campo elétrico é um campo vetorial, isto é, devemos associar a cada ponto do espaço onde se encontra um campo elétrico um vetor chamado, vetor campo elétrico .

Leia – Faraday, de encadernador ao eletromagnetismo, ciência que o consagrou como um dos maiores físicos experimentais de todos os tempos

Suponha uma distribuição de cargas no espaço. Se nós tomarmos uma carga de prova q sob influência de tal distribuição de cargas, a força resultante que atuará sobre ela é a soma vetorial de todas as forças que as cargas da distribuição efetuam sobre a carga q individualmente.

Se nós trocarmos a carga q por outra carga q’ que ocupe a mesma posição de q no espaço, teremos outro valor para a força resultante. No entanto, se tomarmos, para os dois casos, a razão entre o módulo da força resultante e o valor do módulo da carga de prova veremos que eles são iguais.

A razão entre o módulo da força elétrica sofrida por uma carga q e o módulo de sua carga, num determinado ponto do espaço, que é constante, nos dá o valor do módulo do vetor Campo Elétrico nesse ponto.

Note que o campo elétrico é tudo que precisamos saber para calcular a força elétrica atuante numa carga num determinado ponto. Ele atribui a cada ponto do espaço uma propriedade local que nos permite determinar o comportamento de qualquer carga numa região cujo campo elétrico seja conhecido.

Note, também, que mesmo que não exista uma carga de teste em determinada região do espaço, pode existir nela um campo elétrico, que é uma propriedade do espaço. A existência de uma força elétrica atuando sobre uma partícula numa determinada região do espaço é, portanto, uma consequência da existência de campo elétrico nessa região do espaço.

Vetor Campo Elétrico

Vimos, no tópico anterior, como determinar o módulo do campo elétrico num determinado ponto. No entanto, para visualizar um campo elétrico, você precisa associar um vetor (módulo, direção e sentido) a cada ponto do espaço, pois o campo elétrico é um campo vetorial.

Podemos escrever, então, que:

Veja que o vetor campo elétrico é um múltiplo escalar do vetor força elétrica. Assim, podemos dizer que:

O vetor campo elétrico tem a mesma direção do vetor força elétrica em cada ponto. Seu sentido irá depender do sinal da carga: se a carga for positiva, ele terá o mesmo sentido do vetor força, se a carga for negativa, terá o sentido oposto.

Aplicando esse resultado para fontes positivas e negativas de campo elétrico, obtemos:

Com isso, o vetor campo elétrico fica inteiramente caracterizado, já que podemos determinar seu módulo, direção e sentido.

Outra maneira de representar o campo elétrico de uma fonte são as chamadas linhas de força, nomenclatura dada por Faraday. São linhas desenhadas no espaço de tal forma que, em cada ponto, o vetor campo elétrico seja tangente à elas. Veja exemplos abaixo:

As linhas de campo gozam das seguintes propriedades:

a) Nunca se cruzam;

b) Quanto maior a densidade de linhas de força na região maior a intensidade do campo elétrico.

Observando a figura, temos que a relação entre os campos elétricos nos pontos A, B e C é:

EB > EC > EA

Campo Elétrico de uma carga puntiforme fixa

Suponha uma carga elétrica puntiforme fixa em uma posição do espaço, com carga Q. O módulo da força elétrica que essa carga Q gera sobre outra carga q é:

F = K |Q| |q| / d²

Assim, o módulo do campo elétrico que a carga Q produz no ponto onde q está situada é dado por:

E = F/q = (K |Q| |q| / d²) x (1 / |q|)

E=K|Q|/d²

Os gráficos abaixo ilustram a variação do módulo do campo elétrico com a distância em relação à fonte:

É importante ressaltar que uma partícula carregada não produz campo sobre ela mesma. Isso é, o módulo do campo elétrico gerado por uma partícula, no ponto que tal partícula ocupa, é nulo.

No caso de existirem várias partículas puntiformes, o campo elétrico resultante será a soma vetorial dos campos elétricos que cada partícula, individualmente, produz sobre o ponto.

QUESTÕES COMENTADAS E EXPLICADAS EM VÍDEO (É SUGERIDO TENTAR FAZÊ-LAS SEM OLHAR A RESOLUÇÃO, PARA QUE VOCÊ POSSA PRATICAR SEU ESTUDO, CASO NECESSÁRIO REVEJA A MATÉRIA. E CASO TENHA DÚVIDAS NAS QUESTÕES COLOCADAS OU QUAISQUER OUTRAS QUE ENCONTRE NOS SEUS ESTUDOS E CASO TENHA DIFICULDADES E QUEIRA UMA MÃOZINHA POSTE A QUESTÃO NO GRUPO QUE O MAIS BREVE POSSÍVEL UM VÍDEO A RESPEITO DA SUA QUESTÃO SERÁ PRODUZIDO. OBRIGADO)

BLOCO39-FISBAS22-03-QUESTÃO-0001- CARGA ELÉTRICA

(MACKENZIE) O campo elétrico E1 de uma carga puntiforme Q, a uma distância d, tem intensidade x. Portanto, determine a intensidade do campo elétrico E2 de uma carga 4Q, a uma distância 2d, em função de x.

SOLUÇÃO

Temos que E1 = kQ / d² = x

Por outro lado E2 = k4Q / (2d)² = 4kQ/4d2 = kQ/d2

Ou seja, E2 = E1 = x

BLOCO39-FISBAS22-03-QUESTÃO-0002- CAMPO ELÉTRICO

(UFG-modificada) Uma carga puntiforme positiva Q1 = 18 x 10^-6 C dista, no vácuo, 20 cm de uma carga puntiforme negativa Q2 = -8,0 x 10^-6C. Qual é a intensidade do vetor campo elétrico E criado por essas duas cargas no ponto P, situado sobre a linha que une os centros das cargas Q1 e Q2, a 10 cm de Q2 e 30 cm de Q1?

SOLUÇÃO

BLOCO39-FISBAS22-03-QUESTÃO-0003- CAMPO ELÉTRICO

Julgue as afirmativas a seguir quanto a sua veracidade:

I. A direção do vetor campo elétrico, em um determinado ponto do espaço, coincide sempre com a direção da força que atua sobre uma carga de prova colocada no mesmo ponto.

II. Cargas negativas, colocadas em um campo elétrico, tenderão a se mover em sentido contrário ao do campo.

III. A intensidade do campo elétrico criado por uma carga pontual é, em cada ponto, diretamente proporcional ao quadrado da carga que o criou e inversamente proporcional à distância do ponto à carga.

IV. A intensidade do campo elétrico pode ser expressa em newton/coulomb.

SOLUÇÃO

I. Correto. O vetor campo elétrico é representado por “linhas de força”, quando se coloca uma carga de prova a força que atua nesta carga tem a mesma direção do campo.

II. Convencionalmente as linhas de força “saem” da carga positiva e “entram” na carga negativa, ou seja, apontam do positivo para o negativo, ou do positivo para o infinito. Ao se colocar uma carga negativa, esta é atraída pela carga positiva, indo, então, no sentido contrário à orientação das linhas de força do vetor campo elétrico. Portanto, correto.

III. Não. E = Kq/d² , ou seja, diretamente proporcional à carga que o criou e inversamente proporcional ao quadrado da distância à carga que deu origem ao campo elétrico.

IV. Correto. Outra forma de expressar o vetor campo elétrico agindo em uma carga de prova é:

qE = F , portanto a unidade pode ser descrita como Newton por Coulomb.

Resposta: VVFV

BLOCO39-FISBAS22-04-QUESTÃO-0004- CAMPO ELÉTRICO

(UPE) Considere a figura, onde E é o vetor campo elétrico resultante em A, gerado pelas cargas fixas Q1 e Q2. F é a força elétrica na carga de prova q, colocada em A.

Dadas as alternativas abaixo, assinale a correta:

a) Q1 < 0, Q2 > 0 e q < 0 b) Q1 > 0, Q2 < 0 e q > 0

c) Q1 > 0, Q2 > 0 e q < 0 d) Q1 > 0, Q2 < 0 e q < 0

e) Q1 < 0, Q2 < 0 e q > 0

SOLUÇÃO

BLOCO39-FISBAS22-03-QUESTÃO-0005- CAMPO ELÉTRICO

Os pontos de uma determinada região do espaço estão sob a influência única de uma carga positiva pontual Q. Sabe-se que num ponto A, distante 2 m da carga Q, a intensidade do campo elétrico é igual a 1,8x10^4N/C. Determine:

a) o valor da carga elétrica Q;

b) a intensidade do campo elétrico num ponto B, situado a 30 cm da carga fonte Q.

SOLUÇÃO

BLOCO39-FISBAS22-03-QUESTÃO-0006- CAMPO ELÉTRICO

(UFPE/UFRPE) Duas partículas com carga QA = +1,0nC e QB = +2,0nC estão posicionados conforme indica a figura. Determine o módulo do campo elétrico resultante no ponto P, em V/m.

SOLUÇÃO

BLOCO39-FISBAS22-03-QUESTÃO-0007- CAMPO ELÉTRICO

(UPE) Duas cargas puntiformes estão colocadas no vácuo, sobre o eixo x, conforme a figura. A que distância de Q2, sobre o eixo x, o campo eletrostático resultante é nulo

a) 2,5m b) 5,0m c) 7,5m d) 10,0m e) n.d.r.

SOLUÇÃO (ATENÇÃO):

A SEGUIR A SOLUÇÃO DADA PELA UPE (ERRADA) - ASSISTA AO VÍDEO COM A SOLUÇÃO E COMENTÁRIOS, NÃO DÁ MUITO PARA EXPLICAR POR AQUI, MUITO MELHOR O VÍDEO, AQUI TOMARIA MUITO ESPAÇO E VOCÊ AINDA FICARIA NA DÚVIDA-CLIQUE AQUI PARA ASSISTIR AO VÍDEO E POSTE SEU COMENTÁRIO CASO NÃO TENHA ENTENDIDO A LAMBANÇA QUE A UPE FEZ. OBRIGADO

BLOCO39-FISBAS22-03-QUESTÃO-0008- CAMPO ELÉTRICO

(UFPE) Três cargas pontuais q = 1,0 x10^-9 C são fixadas nos vértices de um triângulo equilátero de lado L = 0,5m, como mostra a figura. Determine o módulo do campo elétrico, em N/C, no ponto médio P da base do triângulo.

SOLUÇÃO

BLOCO39-FISBAS22-03-QUESTÃO-0009- CAMPO ELÉTRICO

(UFJF) O espaço onde se manifesta a ação atrativa ou repulsiva de um corpo eletrizado denomina-se:

a) domínio b) campo c) área de influência

d) linhas de força. e) NDR

SOLUÇÃO

BLOCO39-FISBAS22-03-QUESTÃO-0010- CAMPO ELÉTRICO

(MACKENZIE) Seja E o vetor campo elétrico no ponto A de um campo elétrico. Colocando-se uma carga elétrica puntiforme q em A a força elétrica F a que carga fica submetida:

a) tem sempre o mesmo sentido de E

b) tem sempre sentido oposto ao de E

c) tem o mesmo sentido de E se q>0 e sentido oposto se q < 0;

d) não apresenta, obrigatoriamente, a mesma direção do campo E.

e) Não sei.

SOLUÇÃO

BLOCO39-FISBAS22-03-QUESTÃO-0011- CAMPO ELÉTRICO

(F. FRANCISCANAS) Detecta-se a presença de um campo elétrico em um ponto colocando-se ali uma carga elétrica e observando-se:

a) O aparecimento de uma força elétrica sobre a carga;

b) As vibrações da carga em torno do ponto;

c) O maior ou o menor grau de eletrização da carga;

d) uma variação significativa no valor da carga;

e) n.r.a

SOLUÇÃO

BLOCO39-FISBAS22-03-QUESTÃO-0012- CAMPO ELÉTRICO

(F. M. SANTA CASA) Em um ponto do espaço:

I. Uma carga elétrica não sofre ação de força elétrica se o campo elétrico nesse local é nulo;

II. Pode existir campo elétrico sem que aí exista força elétrica;

III. Sempre que há uma carga elétrica esta sofre a ação de força.

Responda de acordo com o código a seguir.

a) só I é correta. b) Só II é correta.

c) Só III é correta. d) I e II são corretas.

SOLUÇÃO

BLOCO39-FISBAS22-03-QUESTÃO-0013- CAMPO ELÉTRICO

(UPE) Em relação ao conceito de Linhas de Força, pode-se afirmar que:

I II

0 0 geralmente se cruzam.

1 1 são a representação gráfica do campo elétrico.

2 2 seu número é proporcional à intensidade do campo elétrico.

3 3 numa carga positiva, são radiais convergentes.

4 4 num campo elétrico uniforme, são paralelas.

SOLUÇÃO

BLOCO39-FISBAS22-03-QUESTÃO-0014- CAMPO ELÉTRICO

I II

0 0 O campo de uma força é um vetor cuja linha de ação coincide com a linha de ação da força.

1 1 O vetor campo resultante de uma distribuição de massas é a soma vetorial dos campos devidos às massas individuais.

2 2 O vetor campo em um ponto é perpendicular à linha de força naquele ponto.

3 3 O campo elétrico devido a uma carga puntiforme é diretamente proporcional ao quadrado da distância.

4 4 O campo devido a uma carga puntiforme é E. Se duplicarmos a carga e a distância, o seu novo campo vale E’ = 2E/4

SOLUÇÃO

BLOCO39-FISBAS22-03-QUESTÃO-0015- CAMPO ELÉTRICO

(AFA) A carga de 100μC é colocada em um ponto onde o campo elétrico tem intensidade de 1000 N/C. O módulo da força que atua sobre a carga vale, em N:

a) 0,1 b) 1,0 c) 10 d) 100

SOLUÇÃO

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