UNICAMP 1999 (2ª fase) — questão 11 de Física

Enunciado em texto
Considere sempre que necessário para a resolução da prova.
Uma pequena esfera isolante de massa igual a kg e carregada com uma carga positiva de C está presa ao teto através de um fio de seda. Uma segunda esfera com carga negativa de C, movendo-se na direção vertical, é aproximada da primeira. Considere .
(Figura: a esfera de carga C pendurada no teto por um fio vertical; abaixo dela, na mesma vertical, a esfera de carga C, com uma seta para cima e a palavra “movimento”.)
a) Calcule a força eletrostática entre as duas esferas quando a distância entre os seus centros é de 0,5 m.
b) Para uma distância de m entre os centros, o fio de seda se rompe. Determine a tração máxima suportada pelo fio.
(Enunciado e figura: Vestibular Unicamp 1999, 2ª fase — Comvest/Unicamp.)
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à UNICAMP.
Resolução comentada
Atenção: a banca informou que, por um erro dela, a unidade da constante apareceu invertida na prova (no recorte reproduzido aqui ela já está como N·m²/C²), e por isso considerou corretos os resultados consistentes com esse engano. A resolução usa a unidade correta, N·m²/C².
O que a questão pede: (a) a força entre as esferas a 0,5 m; (b) a tração no fio no instante em que ele arrebenta, com as esferas a 5 cm.
Item (a) — lei de Coulomb. As cargas têm sinais opostos: a força é de atração. Em módulo:
Item (b) — a força a 5 cm. A distância ficou 10 vezes menor, então a força fica vezes maior:
As forças na esfera de cima. A segunda esfera está embaixo e a atrai: a força elétrica aponta para baixo, somando-se ao peso. O fio tem de segurar as duas:
Como o fio se rompe exatamente nessa distância, 1,4 N é a tração máxima que ele suporta.
⚠️ A armadilha: subtrair a força elétrica do peso ( N), como se ela puxasse a esfera para cima. A carga negativa está abaixo e atrai a positiva para baixo, na direção do peso. Outra: esquecer de elevar a distância ao quadrado.
A ideia em uma frase: a força de Coulomb cresce com 1/d²: a 5 cm ela é 100 vezes a de 50 cm, e como puxa para baixo, soma-se ao peso na tração do fio.
Resposta: (a) N (atração); (b) N.
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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