Perguntas

Se um excesso de cargas é depositado em uma casca esférica feita de material condutor, a carga se distribui uniformemente na superfície (externa) da casca.

A Carga Elementar A carga elétrica é quantizada (só pode assumir determinados valores). A carga elétrica de qualquer partícula pode ser escrita na forma ne, em que n é um número inteiro positivo ou negativo e e é uma constante física conhecida como carga elementar, que é o valor absoluto da carga do elétron e do próton (≈ 1,602 × 10–19 C).

Conservação da Carga A carga elétrica total de um sistema isolado é constante.

Perguntas

1 A Fig. 21-11 mostra quatro sistemas nos quais cinco partículas carregadas estão dispostas ao longo de um eixo com espaçamento uniforme. O valor da carga está indicado para todas as partículas, a não ser para a partícula central, que possui a mesma carga nos quatro sistemas. Coloque os sistemas na ordem do módulo da força eletrostática total exercida sobre a partícula central, em ordem decrescente.

Figura 21-11 Pergunta 1.

2 A Fig. 21-12 mostra três pares de esferas iguais que são colocadas em contato e depois separadas. As cargas presentes inicialmente nas esferas estão indicadas. Coloque os pares, em ordem decrescente, de acordo (a) com o módulo da carga transferida quando as esferas são postas em contato e (b) com o módulo da carga presente na esfera positivamente carregada depois que as esferas são separadas.

Figura 21-12 Pergunta 2.

3 A Fig. 21-13 mostra quatro sistemas nos quais partículas carregadas são mantidas fixas em um eixo. Em quais desses sistemas existe um ponto à esquerda das partículas no qual um elétron estaria em equilíbrio?

Figura 21-13 Pergunta 3.

4 A Fig. 21-14 mostra duas partículas carregadas em um eixo. As cargas têm liberdade para se mover; entretanto, é possível colocar uma terceira partícula em um ponto tal que as três partículas fiquem em equilíbrio. (a) Esse ponto está à esquerda das duas primeiras partículas, à direita delas ou entre elas? (b) A carga da terceira partícula deve ser positiva ou negativa? (c) O equilíbrio é estável ou instável?

Figura 21-14 Pergunta 4.

5 Na Fig. 21-15, uma partícula central de carga –q está cercada por dois anéis circulares de partículas carregadas. Quais são o módulo e a orientação da força eletrostática total exercida sobre a partícula central pelas outras partículas? (Sugestão: Levando em conta a simetria do problema, é possível simplificar consideravelmente os cálculos.)

Figura 21-15 Pergunta 5.

6 Uma esfera positivamente carregada é colocada nas proximidades de um condutor neutro inicialmente isolado, e o condutor é colocado em contato com a terra. O condutor fica carregado positivamente, fica carregado negativamente, ou permanece neutro (a) se a esfera é afastada e, em seguida, a ligação com a terra é removida e (b) se a ligação com a terra é removida e, em seguida, a esfera é afastada?

7 A Fig. 21-16 mostra três sistemas constituídos por uma partícula carregada e uma casca esférica com uma distribuição de carga uniforme. As cargas são dadas e os raios das cascas estão indicados. Ordene os sistemas de acordo com o módulo da força exercida pela casca sobre a partícula, em ordem decrescente.

Figura 21-16 Pergunta 7.

8 A Fig. 21-17 mostra quatro sistemas de partículas carregadas. Ordene os sistemas de acordo com o módulo da força eletrostática total a que está submetida a partícula de carga +Q, em ordem decrescente.

9 A Fig. 21-18 mostra quatro sistemas nos quais partículas de carga +q ou –q são mantidas fixas. Em todos os sistemas, as partículas que estão no eixo x estão equidistantes do eixo y. Considere a partícula central do sistema 1; a partícula está sujeita às forças eletrostáticas F e F das outras duas 1 2 partículas. (a) Os módulos F e F dessas forças são iguais ou diferentes? 1 2 (b) O módulo da força total a que a partícula central está submetida é maior, menor ou igual a F + F ? (c) As componentes x das duas forças se somam 1 2

ou se subtraem? (d) As componentes y das duas forças se somam ou se subtraem? (e) A orientação da força total a que está submetida a partícula central está mais próxima das componentes que se somam ou das componentes que se subtraem? (f) Qual é a orientação da força total? Considere agora os outros sistemas. Qual é a orientação da força total exercida sobre a partícula central (g) no sistema 2, (h) no sistema 3, (i) no sistema 4? (Em cada sistema, considere a simetria da distribuição de cargas e determine as componentes que se somam e as componentes que se cancelam.)

Figura 21-17 Pergunta 8.

Figura 21-18 Pergunta 9.

10 Na Fig. 21-19, uma partícula central de carga –2q está cercada por um quadrado de partículas carregadas, separadas por uma distância d ou d/2. Quais são o módulo e a orientação da força eletrostática total exercida sobre a partícula central pelas outras partículas? (Sugestão: Levando em conta a simetria do problema, é possível simplificar consideravelmente os cálculos.)

Figura 21-19 Pergunta 10.

11 A Fig. 21-20 mostra três bolhas condutoras iguais, A, B e C, que flutuam em um recipiente condutor que está ligado à terra por um fio. As bolhas têm inicialmente cargas iguais. A bolha A esbarra no teto do recipiente e depois na bolha B. Em seguida, a bolha B esbarra na bolha C, que desce até a base do recipiente. Quando a bolha C entra em contato com a base do recipiente, uma carga de –3e é transferida da terra para o recipiente, como indicado na figura. (a) Qual era a carga inicial de cada bolha? Quando (b) a bolha A e (c) a bolha B entram em contato com a base do recipiente, qual é a carga que atravessa o fio e em que sentido? (d) Durante todo o processo, qual é a carga total que atravessa o fio e em que sentido?

Figura 21-20 Pergunta 11.

12 A Fig. 21-21 mostra quatro sistemas nos quais um próton central está cercado por prótons e elétrons fixos no lugar ao longo de uma semicircunferência. Os ângulos θ são todos iguais; os ângulos ϕ também são todos iguais. (a) Qual é, em cada sistema, a direção da força resultante a que está submetido o próton central? (b) Ordene os quatro sistemas de acordo com o módulo da força resultante a que está submetido o próton central, em ordem decrescente.