1 DIFERENÇA DE POTENCIAL ELÉTRICO
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Tutorial de Física
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Diferença de Potencial Elétrico
1.1 Revisão de trabalho
A. Suponha que um objeto se move sob a influência de uma força. Desenhe setas mostrando
as direções relativas da força e do deslocamento quando o trabalho feito pela força é:
positivo
negativo
zero
B. Um objeto se move de um ponto A até um ponto B, enquanto duas forças constantes,
F~1 e F~2 , de intensidades iguais são exercidas sobre ele.
1. O trabalho total feito pela força F~1 sobre o objeto é positivo,
negativo ou zero ?
2. O trabalho total feito pela força F~2 sobre o objeto é positivo,
negativo ou zero ?
ponto B
F2
3. O trabalho total resultante sobre o objeto é positivo, negativo
ou zero ? Explique.
F1
ponto A
4. A velocidade do objeto no ponto B é maior, menor ou igual
a velocidade do objeto no ponto A? Explique como você
puder.
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C. Um objeto se move de um ponto A até um ponto B enquanto duas forças constantes, F~3
e F~4 , de módulos diferentes, são exercidas sobre ele, como mostrado.
1. O trabalho total feito pela força F~3 sobre o objeto é positivo,
negativo ou zero ?
ponto B
2. O trabalho total feito pela força F~4 sobre o objeto é positivo,
negativo ou zero ?
F4
F3
3. O trabalho total resultante sobre o objeto é positivo, negativo
ou zero ? Explique.
ponto A
4. A velocidade do objeto no ponto B é maior, menor ou igual
a velocidade do objeto no ponto A? Explique como você
puder.
D. Enuncie o teorema trabalho-energia com suas próprias palavras. Suas respostas na
parte B são consistentes com este teorema? Explique.
Suas respostas na parte C são consistentes com o teorema trabalho-energia? Explique.
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1.2 Trabalho e campos elétricos
O diagrama à direita mostra uma visão superior de um bastão carregado positivamente. Os pontos W , X, Y e Z ficam em um plano
próximo ao centro do bastão. Os pontos W e Y são equidistantes
do bastão, assim como os pontos X e Z.
A. Desenhe os vetores campo elétrico nos pontos W , X, Y e Z.
Z
Y
W
X
B. Uma partícula com carga +q0 se desloca ao longo e uma
linha reta do ponto W ao ponto X.
O trabalho feito pelo campo elétrico sobre a partícula é positivo, negativo ou zero ? Explique
usando um esquema que mostre a força elétrica e o deslocamento da partícula.
Compare o trabalho feito pelo campo elétrico quando a partícula se desloca do ponto W ao
ponto X com aquele feito quando ela se desloca do ponto X ao ponto W .
C. A partícula se desloca do ponto X ao ponto Z ao longo de uma arco, como mostrado.
1. O trabalho feito pelo campo elétrico sobre a partícula é
positivo, negativo ou zero ? Explique. (Dica: Represente
a direção da força na partícula e a direção do deslocamento para vários pequenos intervalos durante o movimento.)
2. Compare o trabalho feito pelo campo elétrico quando
a partícula se desloca do ponto W ao ponto X com o
trabalho feito quando a partícula se desloca do ponto W
ao ponto Z ao longo do caminho mostrado. Explique.
Z
X
Y
W
Z
X
Y
W
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Suponha que a partícula se desloque do ponto W
ao ponto Y ao longo do caminho W XZY , como
mostrado.
1. Compare o trabalho feito pelo campo elétrico quando
a partícula se desloca do ponto W ao ponto X com o
trabalho feito quando a partícula se desloca do ponto Z
ao ponto Y ao longo do caminho mostrado. Explique.
4
Z
X
Y
W
Qual é o trabalho total feito na partícula pelo campo elétrico quando ela se move ao longo do
caminho W XZY ?
2. Suponha que a partícula se desloca do ponto W ao
ponto Y ao longo do arco mostrado. O trabalho feito sobre a partícula pelo campo elétrico é positivo, negativo ou
zero ? Explique usando os vetores força e deslocamento.
3. Suponha que a partícula se desloca ao longo do caminho W Y . O trabalho feito sobre a partícula pelo campo
elétrico é positivo, negativo ou zero ? Explique usando
os vetores força e deslocamento. (Dica: Compare o trabalho feito ao longo da primeira metade do caminho com
o trabalho feito ao longo da segunda metade.)
Z
X
Y
W
Z
X
Y
W
E. Compare o trabalho feito quando a aprtícula se desloca do ponto W ao ponto Y ao
longo dos três caminhos diferentes mostrados na parte D.
É dito frequentemente que o trabalho feito por um campo elétrico estático é indepentedente do
caminho. Explique como seus resultados na parte D são consistentes com esta afirmação.
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1.3 Diferença de potencial elétrico
A. Suponha que a carga da partícula na seção II é aumentada de +q0 para 1.7q0 .
1. O trabalho feito pelo campo elétrico quando a partícula se move de W para X é maior,
menor ou igual ao trabalho feito pelo campo elétrico na partícula original? Explique.
2. Como a quantidade de trabalho dividida pela carga é afetada por essa mudança?
A diferença de potencial elétrico ∆VW X entre dois pontos W e X é definida por:
∆VW X = −
Welet
q
onde Welet é o trabalho feito pelo campo elétrico sobre uma carga q que se desloca do
ponto W ao ponto X .
3. Esta quantidade depende da magnitude da carga da partícula que é usada para medi-la?
Explique.
4. Esta quantidade depende do sinal da carga da partícula que é usada para medi-la? Explique.
B. A figura oa lado mostra quatro pontos próximos a
um bastão positivamente carregado. Os pontos W e Y
são equidistantes do bastão, assim como os pontos X e
Z. Uma partícula com massa m0 = 3 × 10−8 kg é colocada em repouso no ponto W e mais tarde é observada
no ponto X.
Z
Y
W
X
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1. A partícula está negativa ou positivamente carregada? Explique.
2. Suponha que o módulo da carga da partícula é 2 × 10−6 C e que a velocidade da partícula
é 40m/s quando passa no ponto X.
a) Encontre a variação de energia cinética da partícula quando ela se move do ponto
W ao ponto X.
b) Encontre o trabalho realizado na partícula pelo campo elétrico entre os pontos W
e X. (Dica: Veja parte D da seção I.)
c) Encontre a diferença de potencial elétrico entre os pontos W e X.
d) Se a partícula fosse deixada no ponto Y , sua velocidade ao passar pelo ponto Z
seria maior, menor ou igual a 40m/s? Explique.
3. Suponha que uma segunda partícula com a mesma massa da primeira porém com uma
carga nove vezes maior (isto é, 18 × 10−6 C) fosse deixada em repouso no ponto W .
a) A diferença de potencial elétrico entre os pontos W e X mudaria? Se muda, como
muda? Se não, porque não?
b) A velocidade da segunda partícula ao passar pelo ponto X seria maior, menor ou
igual a velocidade da primeira partícula ao passar pelo mesmo ponto? Explique.
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4. Uma partícula com massa m0 = 3 × 10−8 Kg é jogada na direção do bastão a partir do
ponto Z e retorna no ponto Y .
a) Se a partícula tem carga q0 = 2 × 10−6 C, com que velocidade ela deverá ser
lançada? Explique.
b) Se apartícula tivesse carga 9q0 (isto é, 18 × 10−6 C) com que velocidade ela deveria
ser lançada? Explique.