UEM 2013 (Inverno, Conhecimentos Específicos) — questão 5 de Física

Enunciado em texto
Em um experimento realizado no vácuo, uma das extremidades de um fio delgado, inextensível e isolante é presa a um suporte fixo, enquanto a outra extremidade do fio é presa a uma pequena esfera de peso N, carregada com uma carga positiva de C. Esse conjunto, que lembra um pêndulo, é colocado no interior de um capacitor de placas paralelas, no centro geométrico do mesmo. As placas do capacitor, que possuem lados muito maiores do que o comprimento do fio, estão dispostas na vertical, distanciadas uma da outra por 5 cm, e, na posição de equilíbrio, quando a esfera está em repouso no interior das placas, o fio que prende a esfera faz um ângulo de 30° com a vertical. Considerando que o conjunto suporte-fio-esfera não altera as características do campo elétrico no interior do capacitor, analise as alternativas abaixo e assinale o que for correto.
Dado:
(01) O módulo do campo elétrico entre as placas do capacitor é de .
(02) A diferença de potencial entre as placas do capacitor é de V.
(04) A densidade superficial de cargas, em valor absoluto, em cada placa do capacitor, é de .
(08) O módulo da força elétrica experimentada pela esfera, na posição de equilíbrio, é de N.
(16) O módulo da tensão experimentada pelo fio, na posição de equilíbrio, é de N.
(Enunciado: Vestibular UEM 2013 (Inverno), Conhecimentos Específicos — UEM/CVU.)
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à Universidade Estadual de Maringá (UEM), Comissão Central do Vestibular Unificado (CVU).
Resolução comentada
O que a questão pede: usar o equilíbrio da esfera (peso, tração e força elétrica horizontal) para achar o campo e o resto.
Passo 1 — equilíbrio. Placas verticais: o campo, e a força elétrica, são horizontais. Com o fio a 30° da vertical:
(01) Verdadeira.
(cerca de 230 N/C).
(02) Verdadeira. Campo uniforme: , com m.
(04) Falsa. No capacitor plano, :
A afirmação esquece o e dá um valor bilhões de vezes maior.
(08) Falsa. A força elétrica é N, não N.
(16) Verdadeira. Na vertical, :
⚠️ A armadilha: decompor errado e usar no lugar de : a força elétrica equilibra a componente horizontal da tração, , e o peso equilibra a vertical, ; dividindo uma pela outra sai a tangente.
A ideia em uma frase: no pêndulo elétrico, F = P·tg θ; daí E = F/q, U = E·d e σ = ε₀E.
Resposta: soma 19 (01 + 02 + 16).
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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