Processos de Eletrização e Força Eletrica

FÍSICA LISTA 01 ASSUNTO: PROCESSOS DE ELETRIZAÇÃO E LEI DE COULOMB PROFESSOR: ILAN RODRIGUES

1. Enquanto fazia a limpeza em seu local de trabalho, uma faxineira se surpreendeu com o seguinte fenômeno: depois de limpar um objeto de vidro, esfregando-o vigorosamente com um pedaço de pano de lã, percebeu que o vidro atraiu para si pequenos pedaços de papel que estavam espalhados sobre a mesa.

O motivo da surpresa da faxineira consiste no fato de que a) quando atritou o vidro e a lã, ela retirou prótons do

vidro tornando-o negativamente eletrizado, possibilitando que atraísse os pedaços de papel.

b) o atrito entre o vidro e a lã aqueceu o vidro e o calor produzido foi o responsável pela atração dos pedaços de papel.

c) ao esfregar a lã no vidro, a faxineira criou um campo magnético ao redor do vidro semelhante ao existente ao redor de um ímã.

d) ao esfregar a lã e o vidro, a faxineira tornou-os eletricamente neutros, impedindo que o vidro repelisse os pedaços de papel.

e) o atrito entre o vidro e a lã fez um dos dois perder elétrons e o outro ganhar, eletrizando os dois, o que permitiu que o vidro atraísse os pedaços de papel.

2. Como funciona a Máquina de Xerox Quando se inicia a operação em uma máquina de Xerox, acende-se uma lâmpada, que varre todo o documento a ser copiado. A imagem é projetada por meio de espelhos e lentes sobre a superfície de um tambor fotossensível, que é um cilindro de alumínio revestido de um material fotocondutor. Os fotocondutores são materiais com propriedade isolante no escuro. Mas, quando expostos à luz, são condutores. Assim, quando a imagem refletida nos espelhos chega ao tambor, as cargas superficiais do cilindro se alteram: as áreas claras do documento eliminam as cargas elétricas que estão sobre a superfície do cilindro e as áreas escuras as preservam. Forma-se, então, uma imagem latente, que ainda precisa ser revelada. Para isso, o cilindro é revestido por uma fina tinta de pó, o tonalizador, ou toner, que adere à imagem latente formada sobre o tambor. Em seguida, toda a imagem passa para as fibras do papel, através de pressão e calor. E, assim, chega-se à cópia final. Fonte: Revista Globo Ciência, dez. 1996, p. 18.

O texto acima se refere a uma aplicação do fenômeno de eletrização, pois é graças a ele que o toner adere ao cilindro metálico mencionado. O processo de eletrização pode ocorrer de três formas distintas: atrito, indução e contato, mas todos os processos têm algo em comum. É CORRETO afirmar que o comum destes processos é: a) Deixar o corpo eletrizado, com um desequilíbrio entre

o número de cargas elétricas positivas e negativas. b) Deixar o corpo eletrizado, com um equilíbrio entre o

número de cargas elétricas positivas e negativas. c) Arrancar as cargas positivas do corpo eletrizado. d) Deixar o corpo eletrizado com uma corrente elétrica

negativa. e) Deixar o corpo eletrizado com um campo magnético. 3. Quando atritamos uma régua de plástico com um pedaço de lã: I. Fazemos com que a régua de plástico fique carregada

com cargas elétricas e o pedaço de lã continue neutro eletricamente, pois o papel da lã é de atritar a régua.

II. Fazemos com que a régua de plástico fique carregada com cargas elétricas e o pedaço de lã fique carregado com cargas elétricas contrárias às da régua, pois há transferência de cargas de um material para o outro.

III. Fazemos com que a régua de plástico fique carregada eletricamente com o mesmo tipo de cargas da lã, pois a transferência de cargas se dá de um objeto carregado para o outro.

IV. A régua de plástico e a lã ficam eletricamente neutros, pois o processo de eletrização por atrito é o processo de indução de cargas.

Está(ão) correta(s): a) I. b) II. c) III. d) IV. e) I e IV. 4. Fenômenos elétricos e fenômenos magnéticos fazem parte da vida diária das pessoas. Em relação a esses fenômenos, assinale a opção correta de acordo com os conhecimentos da física. a) O polo norte da agulha magnética de uma bússola

será atraído pelo polo sul geográfico da Terra, pois polos de nomes diferentes se atraem. b) Nos telefones existem eletroímãs que, como se sabe,

funcionam devido à passagem da corrente elétrica, que transfere elétrons para o núcleo de ferro do

eletroímã. c) A eletricidade estática acumulada num corpo pode

provocar faíscas. Por isso, nos navios que transportam petróleo, os tripulantes não devem usar

sapatos com solado de borracha, que é um isolante elétrico. d) Corpos condutores de eletricidade ficam eletrizados

mais facilmente que os corpos isolantes, pois nos isolantes os elétrons não se movem. e) Na eletrização por atrito os corpos ficam eletrizados

com cargas de sinais contrários. Assim, o corpo que ficou eletrizado positivamente ganhou prótons

e o que ficou negativamente eletrizado ganhou elétrons.


5. Três esferas metálicas idênticas, A, B e C, se encontram isoladas e bem afastadas uma das outras. A esfera A possui carga Q e as outras estão neutras. Faz-se a esfera A tocar primeiro a esfera B e depois a esfera C. Em seguida, faz-se a esfera B tocar a esfera C. No final desse procedimento, as cargas das esferas A, B e C serão, respectivamente, a) Q/2, Q/2 e Q/8. b) Q/4, Q/8 e Q/8. c) Q/2, 3Q/8 e 3Q/8. d) Q/2, 3Q/8 e Q/8. e) Q/4, 3Q/8 e 3Q/8. 6. A indução eletrostática consiste no fenômeno da separação de cargas em um corpo condutor (induzido), devido à proximidade de outro corpo eletrizado (indutor). Preparando-se para uma prova de física, um estudante anota em seu resumo os passos a serem seguidos para eletrizar um corpo neutro por indução, e a conclusão a respeito da carga adquirida por ele. Passos a serem seguidos: I. Aproximar o indutor do induzido, sem tocá-lo. II. Conectar o induzido à Terra. III. Afastar o indutor. IV. Desconectar o induzido da Terra. Conclusão: No final do processo, o induzido terá adquirido cargas de sinais iguais às do indutor. Ao mostrar o resumo para seu professor, ouviu dele que, para ficar correto, ele deverá a) inverter o passo III com IV, e que sua conclusão está

correta. b) inverter o passo III com IV, e que sua conclusão está

errada. c) inverter o passo I com II, e que sua conclusão está

errada. d) inverter o passo I com II, e que sua conclusão está

correta. e) inverter o passo II com III, e que sua conclusão está

errada. 7. Um estudante deseja determinar o estado de eletrização de uma bexiga de aniversário. Para isso, ele aproxima um corpo A, que não se sabe se está ou não eletrizado, e observa que há atração com a bexiga. Após isso, ele pega outro corpo B, carregado positivamente, e aproxima-o da bexiga e verifica novamente a atração. A partir dessa sequência, são feitas as seguintes afirmações: I. Não se pode afirmar se o estado de eletrização da bexiga é neutro ou carregado. II. Se o corpo A estiver negativamente carregado, então a bexiga está necessariamente neutra.

III. Se o corpo A estiver carregado positivamente, então a bexiga estará necessariamente carregada com carga negativa.

São corretas as afirmações a) I, apenas. b) II, apenas. c) I e III, apenas. d) I e II, apenas. e) I, II e III. 8. Devido ao balanceamento entre cargas elétricas positivas e negativas nos objetos e seres vivos, não se observam forças elétricas atrativas ou repulsivas entre eles, em distâncias macroscópicas. Para se ter, entretanto, uma ideia da intensidade da força gerada pelo desbalanceamento de cargas, considere duas pessoas com mesma altura e peso separadas pela distância de 0,8 m. Supondo que cada uma possui um excesso de prótons correspondente a 1% de sua massa, a estimativa da intensidade da força elétrica resultante desse desbalanceamento de cargas e da massa que resultará numa força-peso de igual intensidade são respectivamente: Dado: Massa de uma pessoa: m = 70 kg a) 9 x 10

17 N e 6 x 10

3 kg

b) 60 x 1024

N e 6 x 1024

kg c) 9 x 10

23 N e 6 x 10

23 kg

d) 4 x 1017

N e 4 x 1016

kg e) 60 x 10

20 N e 4 x 10

19 kg

9. Assinale a alternativa que preenche corretamente as lacunas no fim do enunciado que segue, na ordem em que aparecem. Três esferas metálicas idênticas, A, B e C, são montadas em suportes isolantes. A esfera A está positivamente carregada com carga Q, enquanto as esferas B e C estão eletricamente neutras. Colocam-se as esferas B e C em contato uma com a outra e, então, coloca-se a esfera A em contato com a esfera B, conforme representado na figura.

Depois de assim permanecerem por alguns instantes, as três esferas são simultaneamente separadas. Considerando-se que o experimento foi realizado no

vácuo 9 2 20k 9 10 N m / C e que a distância final

(d) entre as esferas A e B é muito maior que seu raio, a força eletrostática entre essas duas esferas é _______ e de intensidade igual a _______.

a) 2 20repulsiva k Q / 9d


b) 2 20atrativa k Q / 9d

c) 2 20repulsiva k Q / 6d

d) 2 20atrativa k Q / 4d

e) 2 20repulsiva k Q / 4d

10. Três esferas idênticas, A, B e C, encontram-se

separadas e suspensas por fios isolantes conforme

ilustração.

As seguintes ações e observações são, então,

realizadas:

Ações Observações

Aproxima-se A de

B

Aproxima-se B de

C

Das possibilidades apresentadas na tabela seguinte,

Cargas Das Esferas

Possibilidades A B C

1ª + + 0

2ª 0 0 +

3ª - - 0

4ª - + -

aquelas que estão em conformidade com as

observações são

a) 1ª e 2ª. b) 1ª e 3ª.

c) 2ª e 4ª. d) 3ª e 4ª. 11. Duas esferas condutoras descarregadas e iguais 1 e 2 estão em contato entre si e apoiadas numa

superfície isolante. Aproxima‐se de uma delas um

bastão eletrizado positivamente, sem tocá‐la, conforme figura a seguir. Em seguida as esferas são afastadas e o bastão eletrizado é removido.

É correto afirmar que a) as esferas permanecem descarregadas, pois não há

transferência de cargas entre bastão e esferas. b) a esfera 1, mais próxima do bastão, fica carregada

positivamente e a esfera 2 carregada negativamente. c) as esferas ficam eletrizadas com cargas iguais e de

sinais opostos. d) as esferas ficam carregadas com cargas de sinais

iguais e ambas de sinal negativo, pois o bastão atrai cargas opostas.

12. Na época das navegações, o fenômeno conhecido como “fogo de santelmo” assombrou aqueles que atravessavam os mares, com suas espetaculares manifestações nas extremidades dos mastros das embarcações. Hoje, sabe-se que o fogo de santelmo é uma consequência da eletrização e do fenômeno conhecido na Física como o “poder das pontas”. Sobre os fenômenos eletrostáticos, considerando-se dois corpos, é verdade que a) são obtidas cargas de igual sinal nos processos de

eletrização por contato e por indução. b) toda eletrização envolve contato físico entre os

corpos a serem eletrizados. c) para que ocorra eletrização por atrito, um dos corpos

necessita estar previamente eletrizado. d) a eletrização por indução somente pode ser realizada

com o envolvimento de um terceiro corpo. e) um corpo não eletrizado é também chamado de

corpo neutro, por não possuir carga elétrica. 13. Um aluno recebe um bastão de vidro e um pedaço de seda para realizar uma demonstração de eletrização por atrito. Após esfregar a seda no bastão, o aluno constata que a parte atritada do bastão ficou carregada positivamente. Nesse caso, durante o processo de atrito, cargas elétricas a) positivas foram transferidas da seda para o bastão. b) negativas foram transferidas do bastão para a seda.


c) negativas foram repelidas para a outra extremidade do bastão.

d) negativas foram destruídas no bastão pelo calor gerado pelo atrito.

e) positivas foram criadas no bastão pelo calor gerado pelo atrito.

14. O que acontece com a força entre duas cargas

elétricas (+Q) e (–q) colocadas a uma distância (d) se

mudarmos a carga (+ Q) por (+ 4Q), a carga (–q) por

(+3q) e a distância (d) por (2d)?

a) Mantém seu módulo e passa a ser atrativa. b) Mantém seu módulo e passa a ser repulsiva. c) Tem seu módulo dobrado e passa a ser repulsiva. d) Tem seu módulo triplicado e passa a ser repulsiva. e) Tem seu módulo triplicado e passa a ser atrativa. 15. Considere uma balança de braços desiguais, de

comprimentos 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

a) 2

2

0 1

mg d

(k Q )

b) 2

2

0 1

8mg d

(k Q )

c) 2

2

0 1

4mg d

(3k Q )

d) 2

2

0 1

2mg d

3 k Q

e)

1

22

0

8mg d

(3 3 k Q

16.

Duas esferas idênticas, carregadas com cargas Q = 30 ì

C, estão suspensas a partir de um mesmo ponto por

dois fios isolantes de mesmo comprimento como mostra

a figura.

Em equilíbrio, o ângulo è, formado pelos dois fios

isolantes com a vertical, é 45°. Sabendo que a massa de

cada esfera é de 1 kg, que a Constante de Coulomb é k

= 9 × 109 N m

2/C

2 e que a aceleração da gravidade é g

= 10 m/s2, determine a distância entre as duas esferas

quando em equilíbrio.

Lembre-se de que ì = 10-6

.

a) 1,0 m b) 0,9 m c) 0,8 m d) 0,7 m e) 0,6 m 17. Analise as afirmações a seguir:

I. Todo objeto que tem grande quantidade de elétrons

está eletrizado negativamente.

II. Eletrizando-se por atrito dois objetos neutros obtêm-

se, ao final deste processo de eletrização, dois objetos

eletrizados com carga de mesmo sinal.

III. Encostando-se um objeto A, eletrizado

negativamente, em um pequeno objeto B, neutro, após

algum tempo o objeto A ficará neutro.

Deve-se concluir, da análise dessas afirmações, que

a) apenas I é correta. b) apenas II é correta. c) apenas II e III são corretas. d) I, II e III são corretas. e) não há nenhuma correta. 18. Duas pequenas esferas estão, inicialmente,

neutras eletricamente. De uma das esferas são

retirados 5,0 × 1014

elétrons que são transferidos para a

outra esfera. Após essa operação, as duas esferas são

afastadas de 8,0 cm, no vácuo

Dados:

carga elementar e = 1,6 × 10-19

C

constante eletrostática no vácuo k0 = 9,0 × 109N.m

2/C

2

A força de interação elétrica entre as esferas será de

a) atração e intensidade 7,2 ×105N.


b) atração e intensidade 9,0 × 103N.

c) atração e intensidade 6,4 × 103N.

d) repulsão e intensidade 7,2 × 103N.

e) repulsão e intensidade 9,0 × 103N.

19. Três cargas elétricas puntiformes idênticas, Q1, Q2

e Q3, são mantidas fixas em suas posições sobre uma

linha reta, conforme indica a figura a seguir.

Sabendo-se que o módulo da força elétrica exercida por

Q1 sobre Q2 é de 4,0 × 10-5

N, qual é o módulo da força

elétrica resultante sobre Q2?

a) 4,0 × 10-5

N. b) 8,0 × 10

-5 N.

c) 1,2 × 10-4

N. d) 1,6 × 10

-4 N.

e) 2,0 × 10-4

N. 20. A mão da garota da figura toca a esfera eletrizada

de uma máquina eletrostática conhecida como gerador

de Van de Graaf.

A respeito do descrito são feitas as seguintes

afirmações:

I. Os fios de cabelo da garota adquirem cargas elétricas

de mesmo sinal e por isso se repelem.

II. O clima seco facilita a ocorrência do fenômeno

observado no cabelo da garota.

III. A garota conseguiria o mesmo efeito em seu cabelo,

se na figura sua mão apenas se aproximasse da esfera

de metal sem tocá-la.

Está correto o que se lê em

a) I, apenas. b) I e II, apenas. c) I e III, apenas. d) II e III, apenas.

e) I, II e III. 21. A figura a seguir representa duas cargas elétricas

puntiformes positivas, +q e +4q, mantidas fixas em suas

posições.

Para que seja nula a força eletrostática resultante sobre

uma terceira carga puntiforme, esta carga deve ser

colocada no ponto

a) A. b) B. c) C. d) D. e) E. TEXTO PARA A PRÓXIMA QUESTÃO: ENERGIA

A quase totalidade da energia utilizada na Terra tem sua

origem nas radiações que recebemos do Sol. Uma parte

é aproveitada diretamente dessas radiações

(iluminação, aquecedores e baterias solares, etc.) e

outra parte, bem mais ampla, é transformada e

armazenada sob diversas formas antes de ser usada

(carvão, petróleo, energia eólica, hidráulica, etc.).

A energia primitiva, presente na formação do universo e

armazenada nos elementos químicos existentes em

nosso planeta, fornece, também, uma fração da energia

que utilizamos (reações nucleares nos reatores

atômicos, etc.).

(Antônio Máximo e Beatriz Alvarenga. Curso de Física.

v.2. S. Paulo: Scipione, 1997. p. 433)

22. Três esferas estão eletrizadas com cargas p, m, g,

tais que

g + m = 9μC

g + p = 8μC

m + p = 5μC

A carga elétrica g em microcoulombs vale:

a) 6 b) 5 c) 4 d) 3 e) 2 23. A figura a seguir mostra as esferas metálicas, A e

B, montadas em suportes isolantes. Elas estão em


contato, de modo a formarem um único condutor

descarregado. Um bastão isolante, carregado com

carga negativa, -q, é trazido para perto da esfera A, sem

tocá-la. Em seguida, com o bastão na mesma posição,

as duas esferas são separadas. Sobre a carga final em

cada uma das esferas podemos afirmar:

a) a carga final em cada uma das esferas é nula. b) a carga final em cada uma das esferas é negativa. c) a carga final em cada uma das esferas é positiva. d) a carga final é positiva na esfera A e negativa na

esfera B. e) a carga final é negativa na esfera A e positiva na

esfera B. 24. O átomo de hidrogênio é constituído por um próton

e um elétron. A estabilidade desse átomo é possível à

atuação da força centrípeta que, nesse caso, é

exatamente a força elétrica. Indique qual o gráfico que

melhor representa o comportamento da força elétrica F,

em relação à distância d, entre o núcleo do hidrogênio e

o elétron da eletrosfera.

25. Quatro cargas elétricas estão fixadas nos vértices

de um quadrado de lado L, como na figura, estando

indicados os módulos e os sinais das cargas.

Para que a força elétrica total em uma das cargas +q

seja nula, o módulo da carga -Q deve ser igual a

a) q 2

b) q

c) (q)

2

d) (q 2)

2

e) (q 2)

4

26. Uma pequena esfera, leve e recoberta por papel

alumínio, presa a um suporte por um fio isolante,

funciona como eletroscópio. Aproxima-se da esfera um

corpo carregado A, que a atrai até que haja contato com

a esfera. A seguir, aproxima-se da esfera outro corpo B,

que também provoca a atração da esfera.

Considere as afirmações a seguir

I. A e B podem ter cargas de sinais opostos.

II. A e B estão carregados positivamente.

III. A esfera estava, inicialmente, carregada.

Pode-se afirmar que APENAS

a) I é correta. b) II é correta. c) III é correta. d) I e III são corretas. e) II e III são corretas. 27. Nos vértices A, B e C de um triângulo retângulo

isósceles são fixadas, respectivamente, as cargas +Q,

+Q e -Q, conforme a ilustração a seguir.

No ponto médio M da hipotenusa do triângulo, é fixada

uma carga puntiforme q, a qual ficará sujeita à ação de

uma força resultante F . A intensidade de F é:

a) k.q.Q 5

2


b) k.q.Q 17

2

c) k.q.Q 5

d) k.q.Q 17

e) 2 k.q.Q 5

28. 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 adiante.

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 . m

2/C

2; g = 10 m/s

2

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

29. Os corpos ficam eletrizados quando perdem ou ganham elétrons. Imagine um corpo que tivesse um mol de átomos e que cada átomo perdesse um elétron. Esse corpo ficaria eletrizado com uma carga, com coulombs, igual a Dados:

carga do elétron = 1,6 × 10-19

C; mol = 6,0 × 1023

a) 2,7 × 10-43

b) 6,0 × 10

-14

c) 9,6 × 10-4

d) 9,6 × 10

4

e) 3,8 × 1042

30. Qual dos gráficos a seguir melhor representa a

variação da força elétrica que uma carga puntiforme

exerce sobre outra carga puntiforme quando a distância

é alterada entre elas?

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