UNESP 2015 (meio de ano) — questão 81 de Física

Enunciado em texto
Em um experimento de eletrostática, um estudante dispunha de três esferas metálicas idênticas, A, B e C, eletrizadas, no ar, com cargas elétricas 5Q, 3Q e –2Q, respectivamente.
[Figura: três esferas lado a lado: A (vermelha) com 5Q, B (verde) com 3Q e C (azul) com –2Q.]
Utilizando luvas de borracha, o estudante coloca as três esferas simultaneamente em contato e, depois de separá-las, suspende A e C por fios de seda, mantendo-as próximas. Verifica, então, que elas interagem eletricamente, permanecendo em equilíbrio estático a uma distância d uma da outra. Sendo k a constante eletrostática do ar, assinale a alternativa que contém a correta representação da configuração de equilíbrio envolvendo as esferas A e C e a intensidade da força de interação elétrica entre elas.
(A) [Figura: A e C penduradas por fios presos no mesmo ponto do teto; os fios se abrem em “V invertido”, afastando as esferas (repulsão).] e
(B) [Figura: A e C penduradas por fios presos no mesmo ponto do teto; os fios se abrem em “V invertido”, afastando as esferas (repulsão).] e
(C) [Figura: A e C penduradas por fios presos em pontos afastados do teto; os fios se inclinam um em direção ao outro, aproximando as esferas (atração).] e
(D) [Figura: A e C penduradas por fios presos no mesmo ponto do teto; os fios se abrem em “V invertido”, afastando as esferas (repulsão).] e
(E) [Figura: A e C penduradas por fios presos em pontos afastados do teto; os fios se inclinam um em direção ao outro, aproximando as esferas (atração).] e
(Enunciado e figura: Vestibular Unesp 2015, meio de ano — Unesp/Vunesp.)
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à Universidade Estadual Paulista (Unesp) e à Fundação VUNESP.
Resolução comentada
O que a questão pede: se A e C se atraem ou se repelem depois do contato, e com que força.
Passo 1 — o contato. Esferas metálicas idênticas postas em contato dividem a carga total igualmente (as luvas de borracha impedem que carga escape pela mão). A carga total se conserva:
Passo 2 — atração ou repulsão. A e C ficam com a mesma carga, +2Q: cargas de mesmo sinal se repelem. Os fios se abrem, afastando as esferas, como nas figuras de (A), (B) e (D).
Passo 3 — a força (lei de Coulomb):
Por que não as outras: (A) e (C) usam as cargas de antes do contato (5Q · 2Q = 10Q²), e a (C) ainda desenha atração; (D) erra a força; (E) tem a força certa, mas mostra atração, que só aconteceria se as cargas tivessem sinais opostos.
⚠️ A armadilha: olhar para as cargas iniciais (5Q e −2Q, sinais opostos) e concluir que A e C se atraem. Depois do contato, as duas ficam com +2Q.
A ideia em uma frase: esferas idênticas em contato repartem a soma das cargas; depois disso, mesmo sinal repele, com F = k·q·q/d².
Resposta: alternativa B (repulsão e F = 4kQ²/d²).
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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