Perguntas

em que σ é a densidade superficial de carga, z é a distância entre o ponto e o centro do disco e R é o raio do disco.

Força Exercida por um Campo Elétrico Sobre uma Carga Pontual Quando uma carga pontual q é submetida a um campo elétrico externo produzido por outras cargas, a força eletrostática que age sobre a carga pontual é dada por

A força tem o mesmo sentido que , se a carga q for positiva, e o sentido oposto, se a carga for negativa.

Um Dipolo em um Campo Elétrico Quando um dipolo elétrico de momento dipolar é submetido a um campo elétrico , o campo exerce sobre o dipolo um torque dado por

A energia potencial U do dipolo depende da orientação do dipolo em relação ao campo:

A energia potencial é definida como nula (U = 0) quando for perpendicular a ; é mínima (U = –pE), quando e estão alinhados e apontam no mesmo sentido; é máxima (U = pE), quando e estão alinhados e apontam em sentidos opostos.

Perguntas

1 A Fig. 22-22 mostra três configurações de campo elétrico, representadas por linhas de campo. Nas três configurações, um próton é liberado no ponto A a partir do repouso e acelerado pelo campo elétrico até o ponto B. A distância entre A e B é a mesma nas três configurações. Coloque em ordem decrescente as configurações de acordo com o módulo do momento linear do próton no ponto B.

Figura 22-22 Pergunta 1.

2 A Fig. 22-23 mostra dois conjuntos de partículas carregadas em forma de quadrado. Os lados dos quadrados, cujo centro é o ponto P, não são paralelos. A distância entre as partículas situadas no mesmo quadrado é d ou d/2. Determine o módulo e a direção do campo elétrico total no ponto P.

Figura 22-23 Pergunta 2.

3 Na Fig. 22-24, duas partículas de carga –q estão dispostas simetricamente em relação ao eixo y e produzem campos elétricos em um ponto P situado no mesmo eixo. (a) Os módulos dos dois campos no ponto P são iguais? (b) Os campos apontam na direção das cargas ou para longe das cargas? (c) O módulo do campo elétrico total no ponto P é igual à soma dos módulos E dos campos elétricos produzidos pelas duas cargas (ou seja, é igual a 2E)? (d) As componentes x dos campos produzidos pelas duas cargas se somam ou se cancelam? (e) As componentes y se somam ou se cancelam? (f) A direção do campo total no ponto P é a das componentes que se somam ou a das componentes que se cancelam? (g) Qual é a direção do campo total?

Figura 22-24 Pergunta 3.

4 A Fig. 22-25 mostra quatro sistemas nos quais quatro partículas carregadas estão uniformemente espaçadas à esquerda e à direita de um ponto central. Os valores das cargas estão indicados. Ordene os sistemas de acordo com o módulo do campo elétrico no ponto central, em ordem decrescente.

Figura 22-25 Pergunta 4.

5 A Fig. 22-26 mostra duas partículas carregadas mantidas fixas em um eixo. (a) Em que ponto do eixo (além do infinito) o campo elétrico é zero: à esquerda das cargas, entre as cargas, ou à direita das cargas? (b) Existe algum ponto fora do eixo (além do infinito) em que o campo elétrico seja zero?

Figura 22-26 Pergunta 5.

6 Na Fig. 22-27, dois anéis circulares iguais, isolantes, têm os centros na mesma reta perpendicular aos planos dos anéis. Em três sistemas, as cargas uniformes dos anéis A e B são, respectivamente, (1) q e q ; (2) –q e –q ; 0 0 0 0 (3) –q e q . Ordene os sistemas de acordo com o módulo do campo elétrico 0 0

total (a) no ponto P , a meio caminho entre os anéis; (b) no ponto P , no 1 2 centro do anel B; (c) no ponto P , à direita do anel B, em ordem 3 decrescente.

Figura 22-27 Pergunta 6.

7 As energias potenciais associadas a quatro orientações de um dipolo elétrico em relação a um campo elétrico são (1) –5U ; (2) –7U ; (3) 3U ; (4) 0 0 0 5U , em que U é uma constante positiva. Coloque em ordem decrescente as 0 0

orientações de acordo (a) com o ângulo entre o momento dipolar e o campo elétrico ; (b) com o módulo do torque exercido pelo campo sobre o dipolo.

8 (a) No Teste 4, se o dipolo gira da orientação 1 para a orientação 2, o trabalho realizado pelo campo sobre o dipolo é positivo, negativo ou nulo? (b) Se o dipolo gira da orientação 1 para a orientação 4, o trabalho realizado pelo campo é maior, menor ou igual ao trabalho do item (a)?

9 A Fig. 22-28 mostra dois discos e um anel plano, todos com a mesma carga uniforme Q. Ordene os objetos de acordo com o módulo elétrico criado no ponto P (situado à mesma distância vertical nos três casos), em ordem decrescente.

Figura 22-28 Pergunta 9.

10 Na Fig. 22-29, um elétron e atravessa um pequeno orifício da placa A e se dirige para a placa B. Um campo elétrico uniforme na região entre as placas desacelera o elétron sem mudar sua trajetória. (a) Qual é a direção do campo? (b) Quatro outras partículas também atravessam pequenos orifícios da placa A ou da placa B e se movem na região entre as placas. Três possuem cargas +q , +q e –q . A quarta (n, na figura) é um nêutron, que é 1 2 3

eletricamente neutro. A velocidade de cada uma das outras quatro partículas aumenta, diminui ou permanece a mesma na região entre as placas?

Figura 22-29 Pergunta 10.

11 Na Fig. 22-30a, uma barra de plástico circular, com uma carga elétrica uniforme +Q, produz um campo elétrico de módulo E no centro de

curvatura da barra (situado na origem). Nas Figs. 22-30b, 22-30c e 22-30d, outras barras circulares, todas com a mesma forma e a mesma carga que a primeira, são acrescentadas até que a circunferência fique completa. Um quinto arranjo (que pode ser chamado de e) é semelhante ao arranjo d, exceto pelo fato de que a barra do quarto quadrante tem carga –Q. Coloque em ordem decrescente os cinco arranjos de acordo com o módulo do campo elétrico no centro de curvatura.

Figura 22-30 Pergunta 11.

12 Quando três dipolos elétricos iguais estão próximos, cada um está sujeito ao campo elétrico produzido pelos outros dois, e o sistema de três

dipolos possui certa energia potencial. A Fig. 22-31 mostra dois arranjos nos quais três dipolos elétricos estão lado a lado. Os momentos dipolares elétricos dos três dipolos são iguais, e a distância entre dipolos vizinhos é a mesma. Em qual dos dois arranjos a energia potencial do arranjo de três dipolos é maior?

Figura 22-31 Pergunta 12.