PUC-Rio 2022 (Grupos 1 e 3) — questão 8 de Física

Resolução comentada

O que a questão pede: como muda a energia potencial do sistema quando entra uma terceira carga.

Passo 1 — o sinal das duas primeiras. A energia potencial de um par de cargas é

$$U_{12} = \frac{k\,q_1 q_2}{d}$$

Ela é positiva (15 mJ), então $q_1 q_2 > 0$: as duas cargas têm o mesmo sinal.

Passo 2 — a energia do novo sistema. A energia de um sistema de cargas é a soma das energias de todos os pares:

$$U = U_{12} + \frac{k q_1 q_3}{r_1} + \frac{k q_2 q_3}{r_2}$$

Se $q_3$ tem o mesmo sinal de $q_1$ e $q_2$, os dois termos novos são positivos e U fica maior que 15 mJ. Se $q_3$ tem sinal oposto, os dois termos são negativos e U fica menor que 15 mJ.

Por que não as outras: (B) e (C) trocam os casos. (D) só valeria se a terceira carga fosse nula, e o enunciado diz que não é.

⚠️ A armadilha: achar que, como as duas primeiras estão fixas, a energia do sistema não muda (D). Os pares novos entre a terceira carga e as outras duas também contam.

A ideia em uma frase: a energia do sistema soma todos os pares; cargas de mesmo sinal somam energia positiva, de sinais opostos, negativa.

Resposta: alternativa A (maior que 15 mJ se a terceira carga tiver o mesmo sinal).