São Camilo 2015 — questão 60 de Física

Enunciado em texto
Duas esferas de isopor de dimensões desprezíveis são perfuradas e atravessadas por uma barra rígida, não condutora, mantida na posição vertical devido à existência de uma base também isolante elétrica. A esfera B é carregada com carga de C e a esfera A, de massa m, é carregada com carga elétrica de módulo q. Quando a esfera A é colocada na barra, ela desce verticalmente até encontrar uma posição de equilíbrio a 3 cm da esfera B.
[Figura: uma barra vertical presa a uma base; embaixo, apoiada na base, a esfera B; acima dela, na mesma barra, a esfera A (massa m, carga q); a distância entre os centros das esferas é indicada como 3,0 cm.]
Sabendo que a constante eletrostática do meio em que as esferas estão imersas tem valor , que a aceleração da gravidade local vale 10 m/s e desprezando o atrito entre a esfera A e a barra, é correto afirmar que a relação q/m, em C/kg, é igual a
(A) .
(B) .
(C) .
(D) .
(E) .
(Enunciado e figura: Vestibular São Camilo 2015, Medicina, Prova de Conhecimentos Gerais — São Camilo/Vunesp.)
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem ao Centro Universitário São Camilo e à Fundação VUNESP.
Resolução comentada
O que a questão pede: a razão carga/massa da esfera A, que fica em equilíbrio flutuando acima de B.
Passo 1 — as forças em A. Sem atrito com a barra, as forças verticais em A são o peso, para baixo, e a força elétrica de B, que tem de ser para cima: as cargas se repelem (têm o mesmo sinal). No equilíbrio:
Passo 2 — isolar q/m:
Passo 3 — os números no SI, com d = 3 cm = 0,03 m:
⚠️ A armadilha: deixar a distância em centímetros (d = 3). A conta daria C/kg, que nem está nas alternativas. Com k em N·m²/C², a distância tem de estar em metros.
A ideia em uma frase: a esfera flutua quando a repulsão de Coulomb, kQq/d², iguala o peso mg.
Resposta: alternativa C ( C/kg).
Vídeo em breve
A resolução em vídeo desta questão ainda não foi gravada. A explicação escrita acima está completa, passo a passo. Novos vídeos saem no canal do Professor Filatte.
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