Lista de atividades 03

Lista de atividades

Raio, relâmpago e trovão.

Tarefa 03

01 - (UFMS-MS) O gerador de Van de Graff é um dispositivo capaz de gerar cargas elétricas que são armazenadas em sua cúpula. A figura a seguir mostra uma cúpula de um gerador carregada com excesso de cargas elétricas negativas. E, distante dessa cúpula, um outro sistema, formado por uma esfera condutora maciça, presa por suportes isolantes no interior de uma casca esférica condutora. A casca esférica está apoiada à terra por um outro suporte também isolante. A cúpula do gerador e a esfera condutora interna estão conectadas por um fio condutor, que pode ser ligado e desligado através de uma chave S1. Um outro fio condutor faz a conexão através de uma outra chave S2, entre a superfície externa da casca esférica e a terra. Um pêndulo eletrostático, descarregado, encontra-se em equilíbrio, próximo da superfície externa da casca esférica. O pêndulo pode ser atraído eletrostaticamente para essa superfície, de maneira que não a toca. Inicialmente, as chaves estão desligadas, e a esfera condutora, a casca esférica e o pêndulo estão descarregados. Considere a cúpula do gerador suficientemente afastada, de maneira que o campo elétrico, produzido nas imediações da cúpula, não interfira no segundo sistema inclusive com o pêndulo. Com relação a todo esse conjunto, é correto afirmar:

01) Se ligarmos apenas a chave S1, mantendo S2 desligada, o pêndulo será atraído. 

02) Se ligarmos S1, e em seguida ligarmos S2, mantendo S1 também ligada, a casca esférica será carregada e o pêndulo não será atraído. 

04) Se ligarmos S1, mantendo S2 desligada, o campo elétrico, na região do pêndulo, permanecerá nulo. 

08) Se ligarmos S1, e em seguida ligarmos S2, a casca esférica ficará carregada com excesso de cargas positivas. 

16) Se ligarmos apenas S1, mantendo S2 desligada, a casca esférica ficará carregada com excesso de cargas negativas.

Dados para a resolução das questões 02 e 03.

02 - (PUC-MG) Uma esfera metálica de raio R = 0,50 m está carregada com uma carga positiva e em equilíbrio eletrostático, de modo que sua densidade superficial de cargas seja 1,0.  C/m². A esfera encontra-se no vácuo.

Dado: Ko = 9,0.10² N · m²

A esfera encontra-se carregada com uma carga elétrica de:

03 - (PUC-MG) O campo elétrico para pontos que estejam a uma distância de 30 cm do centro dessa esfera vale:

04 - (PUCCAMP-SP) Uma esfera metálica oca encontra-se no ar, eletrizada positivamente e isolada de outras cargas. Os gráficos a seguir representam a intensidade do campo elétrico e do potencial elétrico criado por essa esfera, em função da distancia ao seu centro. Dado: k = 9,0.  Nm²/C².

Com base nas informações, é correto afirmar que:

a) a carga elétrica do condutor e 4,5. C.                                  

b) o potencial elétrico no interior do condutor é nulo.

c) o potencial elétrico do condutor vale 3,6.  V.                      

d) o potencial elétrico de um ponto a 2,0 m do centro do condutor vale      10.10³ V.                                                                            

e) a intensidade do campo elétrico em um ponto a 3,0 m do centro do condutor vale 4,0.104N/C.

05 - (UEG-GO)  Os recentes motins em presídios brasileiros chamaram a atenção de modo geral para a importância das telecomunicações na operação de estruturas organizacionais. A necessidade de se impossibilitar qualquer tipo de comunicação, no caso de organizações criminosas, tornou-se patente. Embora existam muitos sistemas de comunicação móvel, o foco centrou-se em celulares, em virtude de suas pequenas dimensões físicas e da facilidade de aquisição e uso. Várias propostas foram colocadas para o bloqueio das ondas eletromagnéticas ou de rádio. A primeira delas consiste em envolver o presídio por uma “gaiola de Faraday”, ou seja, “embrulhá-lo” com um material que seja bom condutor de eletricidade ligado à terra. Uma segunda proposta era utilizar um aparelho que gerasse ondas eletromagnéticas na mesma faixa de frequência utilizada pelas operadoras de telefonia móvel. Essas ondas seriam espalhadas por meio de antenas, normalmente instaladas nos muros do presídio.

Acerca das informações contidas no texto acima, julgue a validade das afirmações a seguir.

I. Uma “gaiola de Faraday” é uma blindagem elétrica, ou seja, uma superfície condutora que envolve uma dada região do espaço e que pode, em certas situações, impedir a entrada de perturbações produzidas por campos elétricos e/ou magnéticos externos.

II. A eficiência da “gaiola de Faraday” depende do comprimento de onda das ondas eletromagnéticas da telefonia celular, pois isso definirá as dimensões da malha utilizada em sua construção.

III. A segunda proposta citada no texto é a geração de ondas nas mesmas frequências utilizadas pelas operadoras de telefonia móvel. Com isso, através de interferências destrutivas, compromete-se a comunicação entre a ERB (torre celular ou estação de rádio) e o telefone.

Assinale a alternativa CORRETA:

a) Apenas as afirmações I e II são verdadeiras. 

b) Apenas as afirmações I e III são verdadeiras. 

c) Apenas as afirmações II e III são verdadeiras. 

d) Todas as afirmações são verdadeiras. 

06 - (ITA-SP) 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 = 5,0 cm, inicialmente neutra. Após atingido o equilíbrio, qual das alternativas abaixo melhor descreve a situação física?

K=1/4πεo=9,0.  N.m²/C²

Dado:.

a) A esfera maior terá uma carga de 0,66.10-¹°C.                     

b) A esfera maior terá um potencial de 4,5V.
c) A esfera menor terá uma carga de 0,66.10-¹°C.                       

d) A esfera menor terá um potencial de 4,5V.
e) A carga total é igualmente dividida entre as duas esferas.

07 - (UFPR-PR)  O processo de eletrização por atrito, ou tribo eletrização, é responsável, em parte, pelo acúmulo de cargas nas nuvens e, nesse caso, a manifestação mais clara desse acúmulo de cargas é a existência de raios, que são descargas elétricas.

extremamente perigosas. Entretanto, como o ar atmosférico é um material isolante, os raios não ocorrem a todo o momento. Para que ocorram, o valor do campo elétrico produzido no ar por um objeto carregado deve ter uma intensidade maior do que um certo valor crítico chamado rigidez dielétrica. É importante notar que não apenas o ar, mas todos os materiais, sejam isolantes ou condutores, possuem rigidez dielétrica. Nos condutores, em geral, essa grandeza tem valores muito menores que nos isolantes, e essa é uma característica que os diferencia. Assim, com um campo elétrico pouco intenso é possível produzir movimento de cargas num condutor, enquanto num isolante o campo necessário deve ser muito mais intenso.

Considerando essas informações, responda:

a) Sabe-se que a rigidez dielétrica do ar numa certa região vale 3,0.  N/C. Qual é a carga máxima que pode ser armazenada por um condutor esférico com raio de 30 cm colocado nessa região?

b) Supondo que o potencial elétrico a uma distância muito grande do condutor seja nulo, quanto vale o potencial elétrico produzido por esse condutor esférico na sua superfície quando ele tem a carga máxima determinada no item anterior?

08 - (Olimpíada Paulista de Física) Uma esfera metálica de raio R1 = 5,0 cm está carregada com 4,0.10-3C. Outra esfera metálica de raio R2 = 15,0 cm está inicialmente descarregada. Se as duas esferas são conectadas eletricamente, podemos afirmar que:

a) a carga total será igualmente distribuída entre as duas esferas.                

b) a carga da esfera maior será 1,0.10-³C.
c) a carga da esfera menor será 2,0.10-³C.                                                    

d) a carga da esfera maior será 3,0.10-³C.
e) a carga da esfera menor será 3,0.10-³C.

09 - (ITA-SP) Considere um condutor esférico A de 20 cm de diâmetro colocado sobre um pedestal fixo e isolante. Uma esfera condutora B de 0,5 mm de diâmetro, do mesmo material da esfera A, é suspensa por um fio fixo e isolante. Em posição oposta à esfera A é colocada uma campainha C ligada à terra, conforme mostra a figura. O condutor A é então carregado a um potencial eletrostático Vo, de forma a atrair a esfera B. As duas esferas entram em contato devido à indução eletrostática e, após a transferência de carga, a esfera B é repelida, chocando-se com a campainha C, onde a carga adquirida é escoada para a terra. Após 20 contatos com a campainha, verifica-se que o potencial da esfera A é de 10000 V. Determine o potencial inicial da esfera A.

10 - (UFC) Uma esfera de cobre com raio da ordem de micrômetros possui uma carga da ordem de dez mil cargas elementares (e=1,6. , distribuídas uniformemente sobre sua superfície. Considere que a densidade superficial é mantida constante. Assinale a alternativa que contém a ordem de grandeza do número de cargas elementares em uma esfera de cobre com raio da ordem de milímetros.

11 - (ITA-SP)  Uma carga q distribui-se uniformemente na superfície de uma esfera condutora, isolada, de raio R. Assinale a opção que apresenta a magnitude do campo elétrico e o potencial elétrico num ponto situado a uma distância r = R/3 do centro da esfera.

12 - (UFRGS) A figura mostra uma esfera de raio R no interior de uma casca esférica de raio 2R,

ambas metálicas e interligadas por um fio condutor. Quando o sistema for carregado com carga elétrica total Q, esta se distribuirá de modo que a carga da esfera interna seja:

13 - (UFSC)  Duas esferas condutoras isoladas têm raios R e 2R e estão afastadas por uma distância a. Inicialmente, a esfera maior tem um excesso de carga positiva +q e a menor está neutra. Encosta-se uma esfera na outra e, em seguida, as duas são reconduzidas à posição inicial.

Nesta última situação, é CORRETO afirmar que:

01) a força eletrostática entre as esferas é ko(q²/4a²) . 

02) a esfera menor tem carga +(1/3)q e a maior, +(2/3)q . 

04) o potencial elétrico na esfera maior é a metade do valor do potencial na esfera menor. 

08) todo o excesso de carga da esfera menor está localizado na sua superfície. 

16) o campo elétrico no interior da esfera menor é nulo.  

32) diferença de potencial entre quaisquer dois pontos do interior da esfera maior é diferente de zero. 

14 - (UFRJ-RJ)  Uma partícula com carga positiva q = 4,0.  C é mantida em repouso diante de uma esfera maciça condutora isolada de raio 0,10 m e carga total nula. A partícula encontra-se a uma distância de 0,20 m do centro da esfera, conforme ilustra a figura a seguir. A esfera e as cargas que foram induzidas em sua superfície também se encontram em repouso, isto é, há equilíbrio eletrostático.

Sabendo que a constante de proporcionalidade na lei de Coulomb é k = 9,0. N.m²/C², determine o módulo e indique a direção e o sentido:

a) do campo elétrico no centro da esfera condutora devido à partícula de carga q;

b) do campo elétrico no centro da esfera condutora devido às cargas induzidas em sua superfície.

15 - (PUC-MG) Em dias secos e com o ar com pouca umidade, é comum ocorrer o choque elétrico ao

se tocar em um carro ou na maçaneta de uma porta em locais onde o piso é recoberto por carpete. Pequenas centelhas elétricas saltam entre as mãos das pessoas e esses objetos. As faíscas elétricas ocorrem no ar quando a diferença de potencial elétrico atinge o valor de 10.000V numa distância de aproximadamente 1 cm. A esse respeito, marque a opção CORRETA.

a) A pessoa toma esse choque porque o corpo humano é um bom condutor de eletricidade. 

b) Esse fenômeno é um exemplo de eletricidade estática acumulada nos objetos. 

c) Esse fenômeno só ocorre em ambientes onde existem fiações elétricas como é o caso dos veículos e de ambientes residenciais e comerciais. 

d) Se a pessoa estiver calçada com sapatos secos de borracha, o fenômeno não acontece, porque a borracha é um excelente isolante elétrico. 

16 - (UPE-PE) Um condutor esférico em equilíbrio eletrostático, representado pela figura a seguir,

tem raio igual a R e está eletrizado com carga Q. Analise as afirmações que se seguem:

I. No ponto A, o campo elétrico e o potencial elétrico são nulos.

II. Na superfície da esfera EB = VB/R

III. No ponto C, o potencial elétrico é dado por KQ/R

IV. No ponto C distante do ponto A de 2R, tem-se EC = VC/2R

É CORRETO afirmar que apenas as(a) afirmações(ão):

a) I e III estão corretas.

b) IV está correta.          

c) II e IV estão corretas.             

d) III e IV estão corretas.

e) II e III estão corretas.

17 - (UFCG-PB) Uma esfera de cobre de raio R está eletricamente carregada com carga Q. O potencial V, em função do raio r onde r = 0 no centro da esfera, está mostrado na figura. Considerando essa configuração, pode-se afirmar que:

a) o trabalho realizado para transportar uma carga de prova +qo, de r = 0 até r = R/2 vale 2kQqo/R.

b) o trabalho realizado para transportar uma carga –qo, sendo |qo| << |Q|, de r >> R até r =R , depende do raio da esfera.

c) enquanto a esfera estiver sendo carregada, seu potencial elétrico em função de r tem o mesmo comportamento mostrado na figura.

d) com as informações disponíveis não se pode calcular a densidade superficial de cargas da esfera.

e) segundo a representação de Faraday, como V é constante no interior da esfera, as linhas de força do campo elétrico são paralelas nessa região.

18 - (ENEM-MEC) 

Duas irmãs que dividem o mesmo quarto de estudos combinaram de comprar duas caixas com tampas para guardarem seus pertences dentro de suas caixas, evitando, assim, a bagunça sobre a mesa de estudos. Uma

delas comprou uma metálica, e a outra, uma caixa de madeira de área e espessura lateral diferentes, para facilitar a identificação. Um dia as meninas foram estudar para a prova de Física e, ao se acomodarem na mesa de estudos, guardaram seus celulares ligados dentro de suas caixas.

Ao longo desse dia, uma delas recebeu ligações telefônicas, enquanto os amigos da outra tentavam ligar e recebiam a mensagem de que o celular estava fora da área de cobertura ou desligado.

Para explicar essa situação, um físico deveria afirmar que o material da caixa, cujo telefone celular não recebeu as ligações é de

a) madeira e o telefone não funcionava porque a madeira não é um bom condutor de eletricidade. 

b) metal e o telefone não funcionava devido à blindagem eletrostática que o metal proporcionava. 

c) metal e o telefone não funcionava porque o metal refletia todo tipo de radiação que nele incidia. 

d) metal e o telefone não funcionava porque a área lateral da caixa de metal era maior. 

e) madeira e o telefone não funcionava porque a espessura desta caixa era maior que a espessura da caixa de metal. 

19 - (UNICAMP-SP)

Quando um rolo de fita adesiva é desenrolado, ocorre uma transferência de cargas negativas da fita para o rolo, conforme ilustrado na figura a seguir. Quando o campo elétrico criado pela distribuição de cargas é maior que o campo elétrico de ruptura do meio, ocorre uma descarga elétrica. Foi demonstrado recentemente que essa descarga pode ser utilizada como uma fonte econômica de raios-X.

Para um pedaço da fita de área A = 5,0.  m2 mantido a uma distância constante d = 2,0 mm do rolo, a quantidade de cargas acumuladas é igual a Q = CV, sendo V a diferença de potencial entre a fita desenrolada e o rolo e C = εo A/d, em que εo  9.10 ≈ C/Vm. Nesse caso, a diferença de potencial entre a fita e o rolo para Q = 4,5.  C é de

20 - (UCPEL-RS)

Considere as afirmativas abaixo.

I. A força entre duas cargas elétricas em equilíbrio eletrostático independe do meio onde essas cargas estão imersas.

II. Dois bastões de alumínio, um neutro e outro carregado positivamente, são postos em contato e, em seguida, afastados um do outro. Após o afastamento, o que estava neutro perdeu elétrons.

III. Dois corpos de mesmo material, inicialmente neutros, são atritados. Ambos se eletrizam com carga de mesmo sinal.

IV. Numa superfície equipotencial, as linhas de força serão sempre perpendiculares a qualquer ponto da superfície.

V. Para uma esfera metálica carregada positivamente, o campo elétrico no seu interior é constante e maior que zero.

Das afirmações acima, pode-se concluir que:

(A) II e IV estão corretas.                              (B) I, III e V estão corretas.                            

(C) todas estão corretas.                               (D) todas estão incorretas.                        

(E) I, II, IV e V estão corretas.

21 - (UEM-PR)

Considerando um condutor elétrico metálico maciço e esférico, de raio R, carregado positivamente e disposto no vácuo, assinale o que for correto.

01) Para pontos d < R, no interior do condutor, o campo elétrico é nulo. 

02) Para pontos D > R, o campo elétrico gerado em D é proporcional a D2.

04) A densidade superficial de cargas no condutor é σ = Q/4πR2.

08) O potencial elétrico no interior do condutor sofre variação, na forma V=KQ/d, com d < R.

16) A superfície desse condutor elétrico esférico é uma superfície equipotencial. 

22 - (UEM-PR)

Assinale o que for correto.

01) Cargas elétricas positivas, abandonadas em repouso em uma região do espaço, onde existe um campo elétrico uniforme, deslocam-se para a região de menor potencial elétrico.

02) Cargas elétricas negativas, abandonadas em repouso em uma região do espaço, onde existe um campo elétrico uniforme, movem-se na direção e no sentido do campo.

04) Linhas de força de campo elétrico são sempre perpendiculares às superfícies equipotenciais.

08) Aos campos de forças conservativas, como o campo elétrico, associa-se o conceito de potencial. 

16) Em um campo conservativo, como o campo elétrico, o trabalho realizado por uma força conservativa para

deslocar uma partícula de um ponto a outro do campo independe da trajetória da partícula.

23 - (ACAFE-SC)

Em uma cartilha fornecida pelos DETRANs do país é alertado sobre o risco em caso de acidente e cabos elétricos estarem em contato  com os veículos. Nesta cartilha há um erro conceitual quando é afirmado que:  “No interior dos veículos, as pessoas estão seguras, desde que os pneus estejam intactos e não haja nenhum contato com o chão. Se o cabo estiver sobre o veículo, elas podem ser eletrocutadas ao tocar o solo. Isso já não ocorre se permanecerem no seu interior, pois o mesmo está isolado pelos pneus.”

Noções de Primeiros Socorros no Trânsito, p. 25/São Paulo: ABRAMET – 2005

Assinale a alternativa correta que proporciona uma justificativa cientificamente adequada para a situação descrita na cartilha.

A) As pessoas jamais estarão seguras, pois os pneus não tem isolamento adequado.

B) As pessoas devem permanecer no interior do carro porque estão blindadas eletricamente, independente de estarem isoladas pelos pneus.

C) Os pneus devem estar cheios de ar, caso contrário não haverá isolamento.

D) Se as pessoas estiverem com calçados de borracha elas podem saltar do carro.

24 -(FUVEST-SP)

O fluxo de íons através de membranas celulares gera impulsos elétricos que regulam ações fisiológicas em seres vivos. A figura abaixo ilustra o comportamento do potencial elétrico V em diferentes pontos no interior de uma célula, na membrana celular e no líquido

extracelular.

O gráfico desse potencial sugere que a membrana da célula pode ser tratada como um capacitor de placas paralelas com distância entre as placas igual à espessura da membrana,  d = 8 nm. No contexto desse modelo, determine

a) o sentido do movimento – de dentro para fora ou de fora para dentro da célula – dos íons de cloro (Cl-) e de cálcio (Ca2+), presentes nas soluções intra e extracelular;

b) a intensidade  E do campo elétrico no interior da membrana;

c) as intensidades FCl e FCa  das forças elétricas que atuam, respectivamente, nos íons Cl+ e Ca2+ enquanto atravessam a membrana;

d) o valor da carga elétrica Q na superfície da membrana em contato com o exterior da célula, se a capacitância C do sistema for igual a 12 pF.