1. A eletricidade estática gerada por atrito é fenômeno comum no cotidiano. Pode ser observada ao pentearmos o cabelo em um dia seco, ao retirarmos um casaco de lã ou até mesmo ao caminharmos sobre um tapete. Ela ocorre porque o atrito entre materiais gera desequilíbrio entre o número de prótons e elétrons de cada material, tornando-os carregados positivamente ou negativamente. Uma maneira de identificar qual tipo de carga um material adquire quando atritado com outro é consultando uma lista elaborada experimentalmente, chamada série triboelétrica, como a mostrada abaixo. A lista está ordenada de tal forma que qualquer material adquire carga positiva quando atritado com os materiais que o seguem.
Materiais
1 Pele humana seca 2 Couro 3 Pele de coelho 4 Vidro 5 Cabelo humano 6 Náilon 7 Chumbo 8 Pele de gato 9 Seda 10 Papel 11 Madeira 12 Latão 13 Poliéster 14 Isopor 15 Filme de PVC 16 Poliuretano 17 Polietileno 18 Teflon
Com base na lista triboelétrica, assinale a(s) proposição(ões) CORRETA(S).
01) A pele de coelho atritada com teflon ficará carregada positivamente, pois receberá prótons do teflon.
02) Uma vez eletrizados por atrito, vidro e seda quando aproximados irão se atrair. 04) Em processo de eletrização por atrito entre vidro e papel, o vidro adquire carga de +5
unidades de carga, então o papel adquire carga de –5 unidades de carga.
08) Atritar couro e teflon irá produzir mais eletricidade estática do que atritar couro e pele de coelho.
16) Dois bastões de vidro aproximados depois de atritados com pele de gato irão se atrair. 32) Um bastão de madeira atritado com outro bastão de madeira ficará eletrizado.
2. Raios são descargas elétricas de grande intensidade que conectam as nuvens de
tempestade na atmosfera e o solo. A intensidade típica de um raio é de 30 mil amperes, cerca de mil vezes a intensidade de um chuveiro elétrico, e eles percorrem distâncias da ordem de 5 km.
(www.inpe.br/webelat/homepage/menu/el.atm/perguntas.e.respostas.php. Acesso em: 30.10.2012.) Durante uma tempestade, uma nuvem carregada positivamente se aproxima de um edifício que possui um para-raios, conforme a figura a seguir
De acordo com o enunciado pode-se afirmar que, ao se estabelecer uma descarga elétrica no para-raios,
a) prótons passam da nuvem para o para-raios. b) prótons passam do para-raios para a nuvem c) elétrons passam da nuvem para o para-raios. d) elétrons passam do para-raios para a nuvem.
e) elétrons e prótons se transferem de um corpo a outro.
3. Duas esferas metálicas iguais, A e B, estão carregadas com cargas QA = +76 Cμ e
B
Q = +98 C,μ respectivamente. Inicialmente, a esfera A é conectada momentaneamente ao solo através de um fio metálico. Em seguida, as esferas são postas em contato
momentaneamente. Calcule a carga final da esfera B, em μC.
4. Três pequenas esferas metálicas, E1, E2 e E3, eletricamente carregadas e isoladas, estão
alinhadas, em posições fixas, sendo E2 equidistante de E1 e E3. Seus raios possuem o mesmo
valor, que é muito menor que as distâncias entre elas, como mostra a figura:
1 2 3
E• E• E•
As cargas elétricas das esferas têm, respectivamente, os seguintes valores:
1 2 3 • Q 20 C • Q 4 C • Q 1 C μ μ μ = = − =
Admita que, em um determinado instante, E1 e E2 são conectadas por um fio metálico; após
alguns segundos, a conexão é desfeita.
Nessa nova configuração, determine as cargas elétricas de E1 e E2 e apresente um esquema
com a direção e o sentido da força resultante sobre E3.
5. Considere um modelo clássico de um átomo de hidrogênio, onde um elétron, de massa m e carga –q, descreve um movimento circular uniforme, de raio R, com velocidade de módulo v, em torno do núcleo.
A análise das informações, com base nos conhecimentos da Física, permite concluir: a) A intensidade da corrente elétrica estabelecida na órbita é igual a qv/R.
b) O raio da órbita é igual a
kq / mv
2 2, sendo k a constante eletrostática do meio.c) O trabalho realizado pela força de atração que o núcleo exerce sobre o elétron é motor. d) A resultante centrípeta é a força de atração eletrostática que o elétron exerce sobre o
núcleo.
e) O núcleo de hidrogênio apresenta, em seu entorno, um campo elétrico e um campo magnético.
6. Um pêndulo elétrico de comprimento R e massa m = 0,2 kg, eletrizado com carga Q positiva, é repelido por outra carga igual, fixa no ponto A. A figura mostra a posição de equilíbrio do pêndulo.
Dados: g=10m / s2
Assinale a alternativa correta. Qual é o módulo das cargas? a) 60.10−7C. b) 60 10 −13C c) 6 10 −7C d) 40 10 −7C. e) 4.10−7C.
7. 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.
Depois de assim permanecerem por alguns instantes, as três esferas são simultaneamente separadas. Considerando-se que o experimento foi realizado no vácuo
(
9 2 2)
0
k
=
9 10 N m / C
e que a 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
−
k Q / 9d
0 2( )
2 b)atrativa
−
k Q / 9d
0 2( )
2 c)repulsiva
−
k Q / 6d
0 2( )
2 d)atrativa
−
k Q / 4d
0 2( )
2 e)repulsiva
−
k Q / 4d
0 2( )
28. Três esferas idênticas, A, B e C, encontram-se separadas e suspensas por fios isolantes conforme ilustração.
As seguintes ações e observações são, então, realizadas:
Ações Observações
Aproxima-se A de B
Aproxima-se B de C
Das possibilidades apresentadas na tabela seguinte, Cargas Das Esferas
Possibilidades A B C
1ª + + 0
2ª 0 0 +
3ª - - 0
4ª - + -
aquelas que estão em conformidade com as observações são a) 1ª e 2ª.
b) 1ª e 3ª. c) 2ª e 4ª. d) 3ª e 4ª.
9. Um estudante dispõe de um kit com quatro placas metálicas carregadas eletricamente. Ele observa que, quando aproximadas sem entrar em contato, as placas A e C se atraem, as placas A e B se repelem, e as placas C e D se repelem. Se a placa D possui carga elétrica negativa, ele conclui que as placas A e B são, respectivamente,
a) positiva e positiva. b) positiva e negativa. c) negativa e positiva. d) negativa e negativa. e) neutra e neutra.
10. Um dispositivo simples capaz de detectar se um corpo está ou não eletrizado, é o pêndulo eletrostático, que pode ser feito com uma pequena esfera condutora suspensa por um fio fino e isolante.
Um aluno, ao aproximar um bastão eletrizado do pêndulo, observou que ele foi repelido (etapa I). O aluno segurou a esfera do pêndulo com suas mãos, descarregando-a e, então, ao
aproximar novamente o bastão, eletrizado com a mesma carga inicial, percebeu que o pêndulo foi atraído (etapa II). Após tocar o bastão, o pêndulo voltou a sofrer repulsão (etapa III). A partir dessas informações, considere as seguintes possibilidades para a carga elétrica presente na esfera do pêndulo:
Possibilidade Etapa I Etapa II Etapa III
1 Neutra Negativa Neutra
2 Positiva Neutra Positiva
3 Negativa Positiva Negativa
4 Positiva Negativa Negativa
5 Negativa Neutra Negativa
Somente pode ser considerado verdadeiro o descrito nas possibilidades a) 1 e 3. b) 1 e 2. c) 2 e 4. d) 4 e 5. e) 2 e 5.
Gabarito:
Resposta da questão 1: 02 + 04 + 08 = 14. [01] Incorreta.
A pele de coelho atritada com teflon ficará positiva porque cederá elétrons ao teflon. [02] Correta.
O vidro ficará com carga positiva e o papel com carga negativa, portanto, quando aproximados, irão se atrair.
[04] Correta.
Na eletrização por atrito, os corpos adquirem cargas de mesmo módulo e de sinais opostos.
[08] Correta.
Couro e teflon estão mais distantes na série triboelétrica. [16] Incorreta.
Os dois bastões de vidro atritados com pele de gato adquirirão carga positivas, repelindo-se quando aproximados.
[32] Incorreta.
São do mesmo material. Resposta da questão 2:
[D]
A figura mostra a nuvem carregada positivamente, atraindo elétrons, que sobem do para-raios para a nuvem.
Resposta da questão 3:
Como a esfera A foi conectada com a terra ela se descarregou.
Ao ter contato com a esfera B a carga desta esfera irá distribuir-se igualmente pelas duas.
( )
( )
( )
B A final B final Q inicial 98 Q Q 49 C. 2 2 μ = = = = Resposta da questão 4:Conectando as esferas por fios condutores, haverá um rearranjo das cargas. Considerando as esferas idênticas, a carga final de cada uma após a conexão é dada por:
A B Q Q 20 ( 4) Q' 2 2 + + − = = Q' 8 Cμ =
Como a carga final de todas as esferas é positiva, a força entre elas será repulsiva. Assim sendo, após a desconexão dos cabos condutores, a força resultante sobre a partícula 3 pode ser representada pela ilustração abaixo:
Resposta da questão 5:
A força centrípeta é a força de atração eletrostática entre o próton e o elétron. 2 2 2 2
mv
kq
r
r
v
m
r
kqq
=
→
=
. Resposta da questão 6: [A]A Figura 1 mostra a forças que agem sobre a esfera colocada em B. Como há equilíbrio, essas forças devem formar um triângulo, como mostra a Figura 2.
Suponhamos que essas esferas estejam no vácuo, onde a constante eletrostática é k= 9 109 N.m2/C2. Dado: d = 6 cm = 6 10 −2 m. Na Figura 1: 6 3 tg 0,75. 8 4 = = = Na Figura 2: 2 2 2 2 4 2 14 9 7 mg tg d F kQ tg F P tg mg tg Q P d k 0,2 10 0,75 36 10 Q 60 10 9 10 Q 60 10 C. − − − = = = = = = = Resposta da questão 7: [A]
O triplo contato faz com que a carga total divida-se por três. Portanto,
q
Aq
BQ
3
=
=
.A força será repulsiva de valor:
2 0 0 2 2
Q
Q
x
k Q
3
3
k
d
=
9d
. Resposta da questão 8: [B]As esferas B e C se atraem: A esfera C está neutra ou possui carga de sinal oposto ao da esfera B.
Essas possibilidades combinadas estão na tabela a seguir: Cargas Das Esferas
Possibilidades A B C
1ª + + 0
2ª + + –
3ª – – 0
4ª – – +
Dessas possibilidades, apenas a 1ª e a 3ª comparecem na tabela de opções fornecidas pela questão.
Resposta da questão 9: [A]
Dado: D possui carga negativa.
C e D se repelem: C possui carga negativa. A e C se atraem: A possui carga positiva. A e B se repelem: B possui carga positiva. Resposta da questão 10:
[E]
Etapa I: como houve repulsão, a esfera pendular e o bastão tinham cargas de mesmo sinal, respectivamente: [(+),(+)] ou [(–),(–)].
Etapa II: a esfera estava descarregada e o bastão continuou com a mesma carga: [(neutra),(+)] ou [(neutra), (–)]
Etapa III: ao entrar em contato com o bastão, a esfera adquiriu carga de mesmo sinal que ele, pois foi novamente repelida. As cargas da esfera e do bastão podiam ser, respectivamente: [(+),(+)] ou [(–),(–)].
Como o sinal da carga do bastão não sofreu alteração, a esfera apresentava cargas de mesmo sinal nas etapas I e III. Assim as possibilidades de carga são: [(+), (neutra) e (+)] ou [(–), neutra e (–)].
