Física II A alternativa que apresenta corretamente a carga elétrica do quark down (d) é: 1 a) Carga positiva e igual a do valor da carga elétrica do 3 elétron. 2 b)Carga positiva e igual a do valor da carga elétrica do 3 elétron. Capítulo 5 O conceito de carga elétrica 1 c) Carga negativa e igual a do valor da carga elétrica do 3 elétron. 1. (Unesp/2010) Um dispositivo simples capaz de detectar se um corpo está ou não eletrizado é o pêndulo eletrostático, que pode ser feito com uma pequena esfera condutora suspensa por um fio fino e isolante. Um aluno, ao aproximar um bastão eletrizado do pêndulo, observou que ele foi repelido (etapa I). O aluno segurou a esfera do pêndulo com suas mãos, descarregando-a e, então, ao aproximar novamente o bastão, eletrizado com a mesma carga inicial, percebeu que o pêndulo foi atraído (etapa II). Após tocar o bastão, o pêndulo voltou a sofrer repulsão (etapa III). A partir dessas informações, considere as seguintes possibilidades para a carga elétrica presente na esfera do pêndulo: Etapa I Etapa II Etapa III 1 Neutra Negativa Neutra 2 Positiva Neutra Positiva 3 Negativa Positiva Negativa 4 Positiva Negativa Negativa 5 Negativa Neutra Negativa 4. (Unitau-SP) Uma esfera metálica tem carga elétrica negativa de valor igual a 3,2 · 10–4 C. Sendo a carga do elétron igual a 1,6 · 10–19 C, pode-se concluir que a esfera contém: a) 2 · 1015 elétrons. b) 200 elétrons. c) um excesso de 2 · 1015 elétrons. d) 2 · 1010 elétrons. e) um excesso de 2 · 1010 elétrons. Capítulo 6 Processos de eletrização 1. (Unesp/2012.2) Indução eletrostática é o fenômeno no qual pode-se provocar a separação de cargas em um corpo neutro pela aproximação de um outro já eletrizado. O condutor que está eletrizado é chamado indutor e o condutor no qual a separação de cargas ocorreu é chamado induzido. A figura mostra uma esfera condutora indutora positivamente eletrizada induzindo a separação de cargas em um condutor inicialmente neutro. Somente pode ser considerado verdadeiro o descrito nas possibilidades: a) 1 e 3 d) 4 e 5 b) 1 e 2 e) 2 e 5 c) 2 e 4 2. (UFG/2009.2) A matéria é constituída por átomos que, por sua vez, são constituídos por elétrons, prótons e nêutrons. No Modelo Padrão proposto por Murray Gell-Mann em 1963, os prótons e os nêutrons são formados por um conjunto de partículas ainda menores, os quarks. Há seis tipos de quarks: up, down, charm, strange, top e bottom. Os prótons e os nêutrons são constituídos somente por quarks up de carga (2/3)e e quarks down de carga –(1/3) e, sendo e o módulo da carga fundamental. Apesar de suas cargas serem fracionárias, os quarks não são encontrados livres, logo, a carga fundamental continua sendo e. Portanto, os prótons e nêutrons são constituídos, respectivamente, por: a)3 down e 1 down + 1 up b)3 up e 1 down + 1 up c)2 up + 1 down e 2 down + 1 up d)2 up + 1 down e 1 down + 2 up e)1 up + 1 down e 2 down + 2 up ++ + + + + ++ + + + – + –– + – + – – + ++ + + ++ terra 3. (Ufla-MG – Modificado) No modelo atômico atual, o nêutron tem a composição (u, d, d), no qual (u) representa o quark up e (d) representa o quark down. O quark up (u) tem carga elétrica positiva 2 e igual a do valor da carga elétrica do elétron, em módulo. 3 ensino médio ++ + 1 Reprodução/Unesp 2012.2 Possibilidade 2 d) Carga negativa e igual a do valor da carga elétrica do 3 elétron. Analisando a figura e sobre o processo de eletrização por indução, são feitas as seguintes afirmações: I. Para eletrizar o corpo neutro por indução, deve-se aproximar o indutor, conectar o induzido à terra, afastar o indutor e, finalmente, cortar o fio terra; II.Para eletrizar o corpo neutro por indução, deve-se aproximar o indutor, conectar o induzido à terra, cortar o fio terra e, finalmente, afastar o indutor; III.Na situação da figura, a conexão do induzido à terra, com o indutor nas suas proximidades, faz com que prótons do induzido escoem para a terra, por repulsão; IV.No final do processo de eletrização por indução, o corpo inicialmente neutro e que sofreu indução, adquire carga de sinal negativo. 2º ano Está correto, apenas, o contido em: a)II b) I e III c) I e IV d) II e IV e) II, III e IV Ao se atingir o equilíbrio eletrostático entre B e C, a esfera C: Dado: Carga do elétron = –1,60 ⋅ 10–19 C. a) perdeu a carga elétrica equivalente a 1,125 ⋅ 1010 elétrons. b) perdeu a carga elétrica equivalente a 1,875 ⋅ 1010 elétrons. c) ganhou a carga elétrica equivalente a 1,125 ⋅ 1010 elétrons. d) ganhou a carga elétrica equivalente a 1,875 ⋅ 1010 elétrons. e) manteve sua carga elétrica inalterada. 2. (UFRN/2010) Uma nuvem eletricamente carregada induz cargas na região imediatamente abaixo dela, e essa região, por sua vez, também se eletriza. A figura que melhor representa a distribuição de cargas no interior da nuvem e na região imediatamente abaixo desta, é: a) ++++++++++++ –––––––––––– c) –––––––––––– ++++++++++++ + ++ + + + + + + + + + + + + + + + + + + Características das forças elétricas ++++++++++++ –––––––––––– 1. (Mackenzie-SP/2012.2) + ++ + + + + + + + + + + + + + + + + + + –– – –– –– – – – – – – – – – – – – – – – – b) Capítulo 7 d) d A + – – + + – – + + – – + + + – + – – + – + folhas C G d d D E a) ω = 4 π . ε0 . Q1 . Q2 m . R . Q1 ω= d) . m R 4 π . ε 0 Q2 b) ω = Q1 . Q2 m . R . Q2 e) ω= 3 4 π . ε0 . m . R 4 π . ε0 Q1 Q1 . Q2 . R3 4 π . ε0 2 c) ω = 3. (ITA-SP/2010) Considere uma balança de braços desiguais,de comprimento l1 e l2, conforme mostra a figura. No lado esquerdo encontra-se pendurada uma carga de magnitude Q e massa desprezível, situada a uma certa distância de outra carga q. No lado direito encontra-se uma massa m sobre um prato de massa desprezível. Considerando as cargas como puntuais e desprezível a massa do prato da direita, o valor de q para equilibrar a massa m é dado por: Reprodução/ITA-SP 2010 Neste caso, pode-se afirmar que: a)Somente a afirmativa I é correta. b) As afirmativa II e III estão corretas. c) As afirmativas I e III são corretas. d) Somente a afirmativa III é correta. e) Nenhuma das afirmativas é correta. 4. (Mackenzie-SP/2005) Três pequenas esferas de cobre, idênticas, são utilizadas numa experiência de Eletrostática. A primeira, denominada A, está inicialmente eletrizada com carga QA = +2,40 nC; a segunda, denominada B, não está eletrizada, e a terceira, denominada C, está inicialmente eletrizada com carga QC = –4,80 nC. Num dado instante, são colocadas em contato entre si as esferas A e B. Após atingido o equilíbrio eletrostático, A e B são separadas uma da outra e, então, são postas em contato as esferas B e C. ensino médio B +4Q 1 I. À medida que o objeto for se aproximando do eletroscópio, as folhas vão se abrindo além do que já estavam; II.À medida que o objeto for se aproximando, as folhas permanecem como estavam; III.Se o objeto tocar o terminal externo do eletroscópio, as folhas devem necessariamente fechar-se. F d (Considere k0 = a constante eletrostática do meio 4 πε0 entre cargas.) eletroscópio d 2. (ITA-SP/1992) Uma carga puntiforme – Q1 de massa m percorre uma órbita circular de raio R em torno de outra carga puntiforme +Q2 fixa no centro do círculo. A velocidade angular ω de –Q1 é: Reprodução/ITA-SP 1996 terminal d Nos pontos F e G da figura acima, fixamos corpúsculos de dimensões desprezívesis, eletrizados com cargas elétricas +Q e +4Q, respectivamente. O ponto, no qual uma carga de prova –q, ao ser abandonada, ficará em equilíbrio, é: a)A d)D b)B e)E c)C –––––––––––– ++++++++++++ 3. (ITA-SP/1996) Um objeto metálico carregado positivamente, com carga +Q, é aproximado de um eletroscópio de folhas, que foi previamente carregado negativamente com carga igual –Q. + ++++++ + + + ++++++ +Q 2 2º ano mg 2d2 2mg 2d2 d) − k 0 . Q . 1 3 . k 0 . Q . 1 b) − 8 mg 2d2 8 mg 2d2 e) − k 0 . Q . 1 3 3 . k 0 . Q . 1 c) − 4 mg 2d2 3k 0 . Q . 1 2. (UFF-RJ/2008) O funcionamento do forno de micro-ondas é baseado na excitação de moléculas polares (tais como de água e gorduras) por um campo elétrico variável no tempo. Em um modelo simplificado essas moléculas podem ser descritas como sendo constituídas por duas cargas elétricas pontuais (+q) e (–q), separadas por uma distância fixa d. Considere uma molécula polar, inicialmente em repouso, na presença de um campo elétrico E uniforme como representado na figura. E P Q1 3,0 cm 3,0 cm 30° 30° Q2 Reprodução/Mackenzie-SP 4. (Mackenzie-SP) –q +q Duas cargas elétricas puntiformes idênticas Q1 e Q2, cada uma com 1,0 · 10–7 C, encontram-se fixas sobre um plano horizontal, conforme a figura acima. Uma terceira carga q, de massa 10 g, encontra-se em equilíbrio no ponto P, formando assim um triângulo isósceles vertical. Sabendo que as únicas forças que agem em q são as de interação eletrostática com Q1 e Q2 e seu próprio peso, o valor desta terceira carga é: Dados: K0 = 9,0 · 109 N · m2/C2; g = 10 m/s2. a) 1,0 · 10–7 C b) 2,0 · 10–7 C c) 1,0 · 10–6 C d) 2,0 · 10–6 C e) 1,0 · 10–5 C Nessas condições, podemos afirmar que esta molécula: a)terá movimento de rotação no sentido horário e de translação no sentido do campo elétrico. b) terá movimento de rotação no sentido anti-horário e não terá movimento de translação. c) terá movimento de rotação no sentido horário e não terá movimento de translação. d)terá movimento de rotação no sentido anti-horário e de translação no sentido oposto ao do campo elétrico. e) não terá movimento nem de rotação nem de translação porque a cargas se anulam. 3. (Unimontes – MG/2011.1) Duas cargas puntiformes Q e q são separadas por uma distância d, no vácuo (veja figura). Se, no ponto P, o campo elétrico tem módulo nulo, a relação entre Q e q é igual a (Dado: k0 = 9 × 109 N · m2/C2) Capítulo 8 q Q O conceito de campo elétrico d 1. (Fuvest-SP/1995) O campo elétrico de uma carga puntiforme em repouso tem, nos pontos A e B, as direções e sentidos indicados pelas flechas na figura abaixo. O módulo do campo elétrico no ponto B vale 24 V/m. O módulo do campo elétrico no ponto P da figura vale, em volt por metro: B a) Q = −q b) q = −Q Reprodução/Fuvest-SP 1995 A c) Q = −q ( x + d) P x 2 d2 ( x + d) x 2 2 ( x + d) d) Q = −2q 2 x2 ( x + d) x2 2 4. (U. F. Juiz de Fora-MG) Uma gotícula de óleo, de massa m = 9,6 × 10 –15 kg e carregada com carga elétrica q = –3,2 × 10–19 C, cai verticalmente no vácuo. Num certo instante, liga-se nesta região um campo elétrico uniforme, vertical e apontando para baixo. O módulo deste campo elétrico é ajustado até que a gotícula passe a cair com movimento retilíneo e uniforme. Nesta situação, qual o valor do módulo do campo elétrico? a)3,0 × 105 N/C b)2,0 × 107 N/C c)5,0 × 103 N/C d)8,0 × 10–3 N/C P a)3 b)4 c)3 2 d)6 e)12 ensino médio Reprodução/UFF-RJ 2008 a) − 3 2º ano Capítulo 9 Trabalho e energia no campo elétrico 1. (Usina-SP) No campo elétrico criado no vácuo por uma carga Q puntiforme de 4,0 · 10–3 C é colocada uma carga q também puntiforme de 3,0 · 10–3 C a 20 cm da carga Q. Dado: k0 = 9⋅109 N⋅m2/C2 A energia potencial adquirida pela carga q é: a)6,0 ⋅ 10–3 joules. b) 8,0 · 10–2 joules. c) 6,3 joules. d) 5,4 · 105 joules. elétron fixo 2 cm 2 3 cm 2 cm 2. (Fuvest-SP/1995) Um sistema formado por três cargas puntiformes iguais, colocadas em repouso nos vértices de um triângulo equilátero, tem energia potencial eletrostática igual a U. a) 160 m/s b) 250 m/s c) 360 m/s d) 640 m/s e) 810 m/s Substitui-se uma das cargas por outra, na mesma posição, mas com o dobro do valor. A energia potencial eletrostática do novo sistema será igual a: a) 4U/3 b) 3U/2 c)5U/3 d)2U e)3U Capítulo 10 3. (Mackenzie-SP/2009) Considere os pontos A e B do campo elétrico gerado por uma carga puntiforme positiva Q no N ⋅ m2 vácuo k 0 = 9 ⋅ 109 . Uma outra carga puntiforme, C2 de 2 μC, em repouso, no ponto A, é levada com velocidade constante ao ponto B, realizando-se o trabalho de 9 J. O valor da carga Q, que cria o campo, é: Q Potencial elétrico 1. (Unifesp/2009) A presença de íons na atmosfera é responsável pela existência de um campo elétrico dirigido e apontado para a Terra. Próximo ao solo, longe de concentrações urbanas, num dia claro e limpo, o campo elétrico é uniforme e perpendicular ao solo horizontal e sua intensidade é de 120 V/m. A figura mostra as linhas de campo e dois pontos dessa região, M e N. Reprodução/Mackenzie-SP 2009 A elétron fixo M E 1,20 m B N Reprodução/Unifesp 2009 Reprodução/Ufal 2010 4. (Ufal/2010) Um canhão de elétrons lança um elétron em direção a outros dois elétrons fixos no vácuo, como mostra a figura. Considere que o elétron lançado se encontra apenas sob a ação das forças elétricas dos elétrons fixos. Sabendo que o elétron lançado atinge velocidade nula exatamente no ponto médio entre os elétrons fixos, qual a velocidade do elétron quando ele se encontra a 2 3 cm deste ponto (ver figura)? Considere: constante eletrostática no vácuo = 9 × 109 N⋅m2/ C2; massa do elétron = 9 × 10−31 kg; carga do elétron = −1,6 × 10−19 C. 1 cm 1 cm a)10 μC b)20 μC c)30 μC d)40 μC e)50 μC ensino médio 4 O ponto M está a 1,20 m do solo, e N está no solo. A diferença de potencial entre os pontos M e N é: a) 100 V b) 120 V c) 125 V d) 134 V e) 144 V 2º ano Reprodução/Puccamp-SP 2000 (2) (x) (1) (3) V (10–3 V) 0 –70 A + – meio interno membrana meio externo De acordo com as indicações do gráfico e admitindo 1,0 ⋅ 10–8 m para a espessura da membrana, o módulo do campo elétrico no interior da membrana, em N/C, é igual a: a)7,0 ⋅ 10–10 b)1,4 ⋅ 10–7 c)7,0 ⋅ 10–6 d) 7,0 ⋅ 106 e)1,4 ⋅ 1011 C D 3,00 mm Luneta B Variando adequadamente a tensão entre as placas, Millikan conseguiu estabelecer uma situação na qual a gotícula mantinha-se em equilíbrio. Conseguiu medir cargas de milhares de gotículas e concluiu que os valores eram sempre múltiplos inteiros de 1,6 ⋅ 10–19 C (a carga do elétron). Em uma aproximação da investigação descrita, pode-se considerar que uma gotícula de massa 1,2 ⋅ 10–12 kg atingiu o equilíbrio entre placas separadas de 1,6 cm, estando sujeita apenas às ações dos campos elétrico e gravitacional. Supondo que entre as placas estabeleça-se uma tensão de 6,0 ⋅ 102 V, o número de elétrons, em excesso na gotícula, será: a)2,0 ⋅ 103 b)4,0 ⋅ 103 c)6,0 ⋅ 103 d)8,0 ⋅ 103 e)1,0 ⋅ 104 Reprodução/Mackenzie-SP 2005 3. (Mackenzie-SP/2005) Nos vértices A e B do retângulo ilustrado a seguir estão fixas as cargas elétricas puntiformes QA = 3,0 ⋅ 10–2 μC e QB = 6,0 ⋅ 10–2 μC, respectivamente. Gota de óleo x Vaporizador Reprodução/PUC-SP 2004 4. (PUC-SP/2004) A figura esquematiza o experimento de Robert Millikan para a obtenção do valor da carga do elétron. O vaporizador borrifa gotas de óleo extremamente pequenas que, no seu processo de formação, são eletrizadas e, ao passar por um pequeno orifício, ficam sujeitas a um campo elétrico uniforme, estabelecido entre as duas placas A e B, mostradas na figura. 2. (Puccamp-SP/2000) Considere o esquema representando uma célula animal, onde (1) é o líquido interno, (2) é a membrana da célula e (3) o meio exterior à célula. Considere, ainda, o eixo X de abcissa x, ao longo do qual pode ser observada a intensidade do potencial elétrico. Um valor admitido para o potencial elétrico V, ao longo do eixo X, está representado no gráfico a seguir, fora de escala, porque a espessura da membrana é muito menor que as demais dimensões. 4,00 mm A B Considerando que o evento ocorre no vácuo (k0 = 9 ⋅ 109 N⋅m2/C2) e que o potencial elétrico de referência corresponde ao de um ponto muito distante, a diferença de potencial elétrico entre os pontos C e D é: a) zero. b)9,0 ⋅ 104 V c)–9,0 ⋅ 104 V d) 3,6 ⋅ 104 V e) –3,6 ⋅ 104 V ensino médio 5 2º ano