Física II – questões conceituais 1) Duas cargas elétricas puntiformes

Física II – questões conceituais
1) Duas cargas elétricas puntiformes, q1 = 3,00 μC e q2 = 4,00 μC, encontram-se num local onde k =
9 . 109 N.m2/C2. Suas respectivas posições são os vértices dos ângulos agudos de um triângulo
retângulo isósceles, cujos catetos medem 3,00 mm cada um. Ao colocar-se outra carga puntiforme,
q3 = 1,00 μC, no vértice do ângulo reto, esta adquire uma energia potencial elétrica, devido à presença
de q1 e q2, igual a
a) 9,0 J
b) 12,0 J
c) 21,0 J
d) 25,0 J
e) 50,0 J
2) Duas cargas pontuais idênticas de carga q = 1 x 10-9C são colocadas a uma distância de 0,1 m.
Determine o potencial eletrostático e o campo elétrico, a meia distância, entre as cargas.
Considere k = (1/4πε0) = 9,0 x 109 (Nm2/C2).
a) 100,0 N m/C e 2,0 N/C
b) 120,0 N m/C e 0,0 N/C
c) 140,0 N m/C e 1,0 N/C
d) 160,0 N m/C e 2,0 N/C
e) 360,0 N m/C e 0,0 N/C
3) Uma carga positiva puntiforme é liberada a partir do repouso em uma região do espaço onde o
campo elétrico é uniforme e constante. Se a partícula se move na mesma direção e sentido do campo
elétrico, a energia potencial eletrostática do sistema
a) aumenta e a energia cinética da partícula aumenta.
b) diminui e a energia cinética da partícula diminui.
c) e a energia cinética da partícula permanecem constantes.
d) aumenta e a energia cinética da partícula diminui.
e) diminui e a energia cinética da partícula aumenta.
4) Uma carga de - 106 C está uniformemente distribuída sobre a superfície terrestre. Considerando-se
que o potencial elétrico criado por essa carga é nulo a uma distância infinita, qual será
aproximadamente o valor desse potencial elétrico sobre a superfície da Lua?
(Dados: DTerra-Lua ≈ 3,8 × 108; k0 = 9 × 109 Nm2/C2.)
a) - 2,4 x 107 V.
b) - 0,6 x 10-1 V.
c) - 2,4 x 10-5 V.
d) - 0,6 x 107 V.
e) - 9,0 x 106 V.
5) Considere as cargas elétricas ql = 1 C, situada em x = –2 m, e q2 = –2 C, situada em x = –8 m.
Então, o lugar geométrico dos pontos de potencial nulo é
a) uma esfera que corta o eixo x nos pontos x = –4 m e x = 4m.
b) uma esfera que corta o eixo x nos pontos x = –16 m e x = 16 m.
c) um elipsoide que corta o eixo x nos pontos x = –4 m e x = 16 m.
d) um hiperboloide que corta o eixo x no ponto x = –4 m.
e) um plano perpendicular ao eixo x que o corta no ponto x = –4 m.
6) Michael Faraday, um dos fundadores da moderna teoria da eletricidade, introduziu o
conceito de campo na Filosofia Natural. Uma de suas demonstrações da existência do
campo elétrico se realizou da seguinte maneira: Faraday construiu uma gaiola metálica
perfeitamente condutora e isolada do chão e a levou para uma praça. Lá ele se trancou
dentro da gaiola e ordenou a seus ajudantes que a carregassem de eletricidade e se
afastassem. Com a gaiola carregada, Faraday caminhava sem sentir qualquer efeito da
eletricidade armazenada em suas grades, enquanto quem de fora encostasse nas grandes
sem estar devidamente isolado sofria uma descarga elétrica dolorosa. Por que Faraday nada
sofreu, enquanto as pessoas fora da gaiola podiam levar choques?
a) O potencial elétrico dentro e fora da gaiola é diferente de zero, mas dentro da gaiola este
potencial não realiza trabalho.
b) O campo elétrico no interior de um condutor em equilíbrio eletrostático é nulo, no entanto
fora
da
gaiola
existe
um
campo
elétrico
não
nulo.
c) O campo elétrico não é capaz de produzir choques em pessoas presas em lugares
fechados.
d) O valor do potencial elétrico e do campo elétrico são constantes dentro e fora da gaiola.
e) A diferença de potencial elétrico entre pontos dentro da gaiola e entre pontos da gaiola
com pontos do exterior é a mesma, mas, em um circuito fechado, a quantidade de carga
que
é
retirada
é
igual
àquela
que
é
posta.
7) Um pássaro pousa em um dos fios de uma linha de transmissão de energia elétrica. O
fio conduz uma corrente elétrica i = 1.000 A e sua resistência, por unidade de comprimento,
é de 5,0 × 10-5 Ω/m. A distância que separa os pés do pássaro, ao longo do fio, é de 6,0 cm.
A diferença de potencial, em milivolts (mV), entre os seus pés é:
a) 1,0
b) 2,0
c) 3,0
d) 4,0
e) 5,0
8) Considere duas cargas elétricas puntiformes de mesmo valor e sinais contrários, fixas no
vácuo e afastadas pela distância d. Pode-se dizer que o módulo do campo elétrico E e o
valor do potencial elétrico V, no ponto médio entre as cargas, são:
a) E ≠ 0 e V ≠ 0
b) E ≠ 0 e V = 0
c) E = 0 e V = 0
d) E = 0 e V ≠ 0
e) E = 2V/d
9) Uma esfera condutora, oca, encontra-se eletricamente carregada e isolada. Para um
ponto de sua superfície, os módulos do campo elétrico e do potencial elétrico são 900N/C e
90V. Portanto, considerando um ponto no interior da esfera, na parte oca, é correto afirmar
que os módulos para o campo elétrico e para o potencial elétrico são, respectivamente,
a) zero N/C e 90V.
b) zero N/C e zero V.
c) 900N/C e 90V.
d) 900N/C e 9,0V.
e) 900N/C e zero V.
10) Com respeito à eletrodinâmica, analise:
I. Tomando-se a mesma carga elétrica, isolada de outra qualquer, entre os módulos do
campo elétrico e do potencial elétrico em um mesmo ponto do espaço, o primeiro sofre uma
diminuição mais rápida que o segundo, conforme se aumenta a distância até a carga.
II. Comparativamente, a estrutura matemática do cálculo da força elétrica e da força
gravitacional são idênticas. Assim como as cargas elétricas estão para as massas, o campo
elétrico está para a aceleração da gravidade.
III. Uma diferença entre os conceitos de campo elétrico resultante e potencial elétrico
resultante é que o primeiro obtém-se vetorialmente, enquanto o segundo é obtido por uma
soma aritmética de escalares.
É correto o contido em
a) I, apenas.
b) II, apenas.
c) I e III, apenas.
d) II e III, apenas.
e) I, II e III.
11) Um dispositivo desloca, com velocidade constante, uma carga de 1,5C por um percurso
de 20,0 cm através de um campo elétrico uniforme de intensidade 2,0 103 N/C. A força
eletromotriz do dispositivo é
a) 60 103 V
b) 40 103 V
c) 600 V
d) 400 V
e) 200 V
12) Uma esfera metálica isolada, de 10,0 cm de raio, é carregada no vácuo até atingir o
potencial U=9,0V. Em seguida, ela é posta em contato com outra esfera metálica isolada, de
raio R2=5,0cm. Após atingido o equilíbrio, qual das alternativas a seguir melhor descreve a
situação física?
É dado que (1/4πε0) = 9,0 . 109 Nm2/C2.
a) A esfera maior terá uma carga de 0,66 10-10C.
b) A esfera maior terá um potencial de 4,5 V.
c) A esfera menor terá uma carga de 0,66 10-10C.
d) A esfera menor terá um potencial de 4,5 V.
e) A carga total é igualmente dividida entre as 2 esferas.
13) Na figura, as linhas tracejadas representam superfícies equipotenciais de um campo
elétrico.
Se colocarmos um condutor isolado na região hachurada, podemos afirmar que esse
condutor será
a) percorrido por uma corrente elétrica contínua, orientada da esquerda para a direita.
b) percorrido por uma corrente elétrica contínua, orientada da direita para a esquerda.
c) percorrido por uma corrente oscilante entre as extremidades.
d) polarizado, com a extremidade da direita carregada negativamente e a da esquerda,
positivamente.
e) polarizado, com a extremidade da direita carregada positivamente e a da esquerda,
negativamente.
14) Uma esfera condutora, oca, encontra-se eletricamente carregada e isolada. Para um
ponto de sua superfície, os módulos do campo elétrico e do potencial elétrico são 900N/C e
90V. Portanto, considerando um ponto no interior da esfera, na parte oca, é correto afirmar
que os módulos para o campo elétrico e para o potencial elétrico são, respectivamente,
a) zero N/C e 90V.
b) zero N/C e zero V.
c) 900N/C e 90V.
d) 900N/C e 9,0V.
e) 900N/C e zero V.
15) Com respeito à eletrodinâmica, analise:
I. Tomando-se a mesma carga elétrica, isolada de outra qualquer, entre os módulos do
campo elétrico e do potencial elétrico em um mesmo ponto do espaço, o primeiro sofre uma
diminuição mais rápida que o segundo, conforme se aumenta a distância até a carga.
II. Comparativamente, a estrutura matemática do cálculo da força elétrica e da força
gravitacional são idênticas. Assim como as cargas elétricas estão para as massas, o campo
elétrico está para a aceleração da gravidade.
III. Uma diferença entre os conceitos de campo elétrico resultante e potencial elétrico
resultante é que o primeiro obtém-se vetorialmente, enquanto o segundo é obtido por uma
soma aritmética de escalares.
É correto o contido em
a) I, apenas.
b) II, apenas.
c) I e III, apenas.
d) II e III, apenas.
e) I, II e III.
16) Vários aparelhos, em sua construção, utilizam um capacitor, que serve para armazenar energia
elétrica. Um capacitor é formado basicamente por duas placas condutoras paralelas, entre as quais é
colocado um dielétrico.
Com o intuito de aumentar a capacitância de um capacitor, foram executados os seguintes
procedimentos:
I– Ampliou-se a área das placas.
II– Aumentou-se a distância entre as placas.
III– Substituiu-se o dielétrico original por outro, de constante eletrostática maior.
Dos procedimentos citados, podemos dizer que são corretos:
a) apenas II.
b) apenas I e III.
c) apenas I e II.
d) nenhum.
17) Um capacitor formado por duas placas planas e paralelas está ligado a uma bateria, que apresenta
uma diferença de potencial igual a 100 V. A capacitância do capacitor é igual a 1 × 10-4F e a distância
inicial entre as suas placas é igual a 5 mm. Em seguida, a distância entre as placas do capacitor é
aumentada para 15 mm, mantendo-se a diferença de potencial entre elas igual a 100 V.
Tendo por base essas informações, marque a alternativa que apresenta corretamente a quantidade de
carga armazenada no capacitor nas duas situações descritas.
a) 1,0 × 10-2C quando a distância entre as placas do capacitor é igual a 5 mm, passando para
3,3×10-3C quando a distância entre as placas é aumentada para 15 mm.
b) 1,0 × 10-2C quando a distância entre as placas do capacitor é igual a 5 mm, passando para
3,3×10-2C quando a distância entre as placas é aumentada para 15 mm.
c) 1,0 × 10-6C independente da distância entre as placas, uma vez que a diferença de potencial é
mantida a mesma, ou seja, 100 V.
d) 1,0 × 10-6C quando a distância entre as placas do capacitor é igual a 5 mm, passando para 3,3 × 106
C quando a distância entre as placas é aumentada para 15 mm.
18) Um capacitor tem uma capacitância de 8,0 × 10-11F. Se o potencial elétrico entre suas placas for
12 V, o número de elétrons em excesso na sua placa negativa é:
a) 9,6 × 1014
b) 8,0 ×1020
c) 6,0 × 109
d) 5,0 × 108
19) A história da maioria dos municípios gaúchos coincide com a chegada dos primeiros portugueses,
alemães, italianos e de outros povos. No entanto, através dos vestígios materiais encontrados nas
pesquisas arqueológicas, sabemos que outros povos, anteriores aos citados, protagonizaram a nossa
história.
Diante da relevância do contexto e da vontade de valorizar o nosso povo nativo, "o índio", foi
selecionada a área temática CULTURA e as questões foram construídas com base na obra Os
Primeiros Habitantes do Rio Grande do Sul
(Custódio, L. A. B., organizador. Santa Cruz do Sul: EDUNISC; IPHAN, 2004).
"O povo indígena cultuava a natureza como ninguém, navegava, divinizava os fenômenos naturais,
como raios, trovões, tempestades."
Em tempestades, quando ocorre a descarga elétrica que se caracteriza como raio, pode-se afirmar que
a) a corrente elétrica é constante.
b) o potencial é constante.
c) o campo elétrico é uniforme.
d) a rigidez dielétrica do ar é rompida.
e) a resistência do ar é uniforme.
20) Uma esfera de massa m e carga q está suspensa por um fio frágil e inextensível, feito
de um material eletricamente isolante. A esfera se encontra entre as placas paralelas de um
capacitor plano, como mostra a figura. A distância entre as placas é d, a diferença de
potencial entre as mesmas é V e esforço máximo que o fio pode suportar é igual ao
quádruplo do peso da esfera. Para que a esfera permaneça imóvel, em equilíbrio estável, é
necessário que
a) (qV/d)2 < 15 mg
b) (qV/d)2 < 4 (mg)2
c) (qV/d)2 < 15 (mg)2
d) (qV/)2 < 16 (mg)2
e) (qV/d)2 > 15 mg
21) Um capacitor ideal de placas planas paralelas é carregado mediante a aplicação de uma d.d.p. entre
suas placas. A distância entre as placas é então duplicada, mantendo-se a mesma d.d.p. entre elas.
Nessa nova situação, a carga nas placas e a energia eletrostática armazenada no capacitor.
Preencher CORRETAMENTE as lacunas, na sequência em que aparecem na frase acima:
a) dobra - reduz-se à metade
b) não se altera - dobra
c) reduz-se à metade - reduz-se à metade
d) dobra - dobra
e) reduz-se à metade - não se altera
22) A figura adiante representa o processo de descarga de um capacitor como função do
tempo. No tempo t = 0, a diferença de potencial entre as placas do capacitor era V0=12
volts. No instante de tempo t1, assinalado no gráfico, a diferença de potencial, em volts, entre
as placas do capacitor é:
a) 1,5
b) 3,0
c) 4,5
d) 6,0
e) 7,5
23) Uma carga positiva Q em movimento retilíneo uniforme, com energia cinética W, penetra
em uma região entre as placas de um capacitor de placas paralelas, como ilustrado na figura.
Mantendo o movimento retilíneo, em direção perpendicular às placas, ela sai por outro
orifício na placa oposta com velocidade constante e energia cinética reduzida para W/4
devido à ação do campo elétrico entre as placas. Se as placas estão separadas por uma
distância L, pode-se concluir que o campo elétrico entre as placas tem módulo
a) 3W/(4QL) e aponta no sentido do eixo x.
b) 3W/(4QL) e aponta no sentido contrário a x.
c) W/(2QL) e aponta no sentido do eixo x.
d) W/(2QL) e aponta no sentido contrário a x.
e) W/(4QL) e aponta no sentido do eixo x.
24) Considere o vão existente entre cada tecla de um computador e a base do seu teclado.
Em cada vão existem duas placas metálicas, uma delas presa na base do teclado e a outra,
na tecla. Em conjunto, elas funcionam como um capacitor de placas planas paralelas
imersas no ar. Quando se aciona a tecla, diminui a distância entre as placas e a capacitância
aumenta. Um circuito elétrico detecta a variação da capacitância, indicativa do movimento
da tecla. Considere então um dado teclado, cujas placas metálicas têm
40 mm2 de área e 0,7 mm de distância inicial entre si. Considere ainda que a permissividade
do ar seja ε0=9.10-12F/m. Se o circuito eletrônico é capaz de detectar uma variação da
capacitância a partir de 0,2 pF, então, qualquer tecla deve ser deslocada de pelo menos
a) 0,1 mm
b) 0,2mm
c) 0,3 mm
d) 0,4 mm
e) 0,5 mm
25) Um capacitor plano é formado de duas armaduras planas, iguais, cada uma de área A e
colocadas paralelamente a uma distância d. A capacidade eletrostática C de um capacitor
plano é dada por: C = EA / d, na qual E varia com a natureza do dielétrico colocado entre as
armaduras. Quando o meio é o vácuo ou o ar E = 8,85 x 10-12 F/m, sendo F (farad) a unidade
da capacidade eletrostática no Sistema Internacional.
Ligando as armaduras do capacitor aos terminais de uma bateria, as armaduras ficam
eletrizadas com cargas +Q e -Q conforme está indicado no esquema.
A carga do capacitor é a carga Q da sua armadura positiva. A relação entre a carga Q e a
ddp U é constante e igual à capacidade eletrostática do capacitor: Q / U = C.
Se a área de cada armadura, desse mesmo capacitor de capacidade 8,85 × 10-12 F é de 200
cm2 e o dielétrico entre as armaduras é o ar, então a distância entre elas, em metros, vale
a) 1,0 × 10-4
b) 2,0 × 10-4
c) 6,0 × 10-3
d) 5,0 × 10-3
e) 2,0 × 10-2
26) Um capacitor plano a ar fica ligado a uma bateria até atingir a carga máxima. Mantendo-o ligado,
aumenta-se levemente a distância entre as placas. Nessa situação, é correto afirmar que
a) a diferença de potencial entre as placas aumenta.
b) a diferença de potencial entre as placas diminui.
c) a carga elétrica do capacitor diminui.
d) a capacitância do capacitor aumenta.
e) a intensidade do campo elétrico entre as placas aumenta.
Respostas
1)
Resposta: c
2)
Resposta: e
3)
Resposta: e
4)
Resposta: a
5)
Resposta: a
6)
Resposta: b
7)
Resposta: c
8)
Resposta: b
9)
Resposta: a
10)
Resposta: e
11)
Resposta: d
12)
Resposta: a
13)
Resposta: e
14)
Resposta: a
15)
Resposta: e
16)
Resposta: b
17)
Resposta: d
18)
Resposta: c
19)
Resposta: d
20)
Resposta: c
21)
Resposta: c
22)
Resposta: c
23)
Resposta: b
24)
Resposta: b
25)
Resposta: e
26)
Resposta: c