Unimes 2018 — questão 40 de Física

Enunciado em texto
Uma pequena esfera de plástico isolante, de massa m = 4 g, é suspensa por um fio ideal também isolante e está imersa em um campo elétrico uniforme N/C, como mostra a figura.
[Figura: um fio preso num teto horizontal desce inclinado para a direita, formando 14° com a vertical (linha pontilhada), e segura a esfera de massa m = 4 g. Linhas de campo horizontais, com setas para a direita, indicam N/C.]
Considerando que a aceleração da gravidade no local é , que a esfera estará em equilíbrio quando o fio fizer um ângulo de 14° com a vertical e usando , é correto afirmar que a carga elétrica em excesso na esfera é de
(A) C.
(B) C.
(C) C.
(D) C.
(E) C.
(Enunciado e figura: Vestibular Unimes 2018, Medicina, Prova II — Unimes/Vunesp.)
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à Universidade Metropolitana de Santos (Unimes) e à Fundação VUNESP.
Resolução comentada
O que a questão pede: a carga da esfera que faz o fio ficar inclinado 14° na presença do campo elétrico.
Passo 1 — as forças na esfera. São três: o peso (vertical, para baixo), a força elétrica (horizontal, porque o campo é horizontal) e a tração do fio (ao longo do fio). A esfera foi desviada no sentido do campo, para a direita: a força elétrica tem o sentido de , e a carga é positiva.
Passo 2 — o equilíbrio. Decompondo a tração T, com o ângulo θ medido a partir da vertical:
Dividindo uma equação pela outra, a tração some:
Passo 3 — a conta, com a massa em quilogramas (4 g = kg):
⚠️ A armadilha: deixar a massa em gramas (m = 4): a conta dá C, a alternativa B, mil vezes maior. No SI, massa vai em quilogramas.
A ideia em uma frase: no pêndulo em campo elétrico horizontal, tg θ = qE/mg: a força elétrica é o “cateto horizontal” e o peso o vertical.
Resposta: alternativa D ( C).
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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