AULA 06 - fisrevlog

Uma pequena esfera eletricamente carregada e de massa igual a 30,0 g está presa a
um cordão isolante e de massa desprezível, conforme mostra a figura. Próximo à
esfera, existe uma placa dielétrica, extensa, disposta na direção vertical e
positivamente carregada. A placa produz um campo elétrico uniforme na direção
perpendicular à sua superfície, de módulo igual a 3,00 x 10 5 N/C. A esfera está em
repouso, e o ângulo entre o cordão e a vertical é de 45º.
Determine o módulo e o sinal da carga da esfera.
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
cordão
Placa
1
45º
esf era

A figura abaixo mostra, em perspectiva, um sistema montado sobre um plano horizontal e composto por:
I)um ímã montado em um trilho e preso a um anteparo por uma mola ideal;
II)uma cuba de vidro, cheia de água pura, em cujo interior estão imersos um anel metálico circular e um termômetro de
alta precisão.
O eixo central do ímã é perpendicular ao plano do anel, e o prolongamento do eixo do ímã corta o plano do anel no
centro do anel. O anel metálico está afixado por um ponto na base da cuba.
Antônio vai realizar o seguinte experimento: vai comprimir a mola e soltar o ímã; a mola vai oscilar ao longo da direção
do eixo do ímã. A distância da cuba ao anteparo é tal que o ímã não toca na parede da cuba.
A partir do instante em que Antônio largar o ímã, admita que o sistema esteja totalmente isolado de influências externas
e que a resistência do ar e o atrito entre o ímã e o trilho sejam desprezíveis.
A) O termômetro vai acusar alguma variação na temperatura da água? Justifique.
B) O ímã vai parar ou vai continuar indefinidamente o seu movimento? Justifique.
C) Descreva todas as transformações de energia que vão ocorrer nesse experimento a partir do instante em que Antônio
largar o ímã.
2

Aparelhos eletrodomésticos, como refrigeradores de ar,aquecedores e ferros de passar, utilizam termostatos para
controle detemperatura. A figura a seguir representa, de modo simplificado, oselementos constituintes de um ferro de
passar.
Nessa figura:
Re é um reostato – resistor de resistência variável – constituído por
umcursor (seta) e três resistências r;
L é uma lâmpada bimetálica constituída de dois metais, A e B,
fortementeconectados entre si, sendo que, na temperatura
ambiente,permanece praticamente retilínea;
C é um contato elétrico no qual a lâmina bimetálica pode tocar,
fechandoo circuito;
R é a resistência elétrica do ferro, que transfere calor para a sua
basemetálica, e Eé um gerador elétrico.
Com o circuito fechado, a passagem de corrente na lâmina bimetálicafaz
com que ela se aqueça, por efeito Joule, curve-se para a
direita,afastando-se do contato C, e interrompa o circuito. Nessa
situação,a resistência R deixa de transformar energia elétrica em calor,
assimcomo a lâmina L que, ao resfriar-se, retorna à posição inicial,
tocando
emC, fechando novamente o circuito. Esse dispositivo liga-desligajuntamente com o reostato fazem o controle da
temperatura, que é afunção do termostato.
Considerando a situação apresentada, responda às questões a e b.
A) Sabe-se que, para que a lâmina bimetálica apresente o comportamento descrito no enunciado, o coeficiente de
dilatação do metal A deve ser maior que o do metal B. Explique fisicamente essa afirmação.
B) Considerando que as várias resistências (r) do reostato são idênticase que as demais resistências do circuito
são muito pequenascomparadas com r, mostre, a partir das equações adequadas, oque ocorre com a potência
dissipada no resistor R, quando o cursoré deslocado do ponto 1para o ponto 3.
3

Um aro de alumínio é abandonado no topo de uma rampa,no instante t0 = 0, e desce rolando até chegar ao solo, o
que ocorre noinstante t1 (veja a figura 1).
Depois, esse experimento é refeito com uma única alteração: o aropassa por um campo magnético uniforme B,
perpendicular ao planoda figura (ver figura 2), chegando ao solo no instante t2.
Responda: t2 é menor, maior ou igual a t1?
Resposta: t2 é maior que t1.
4

A armação a seguir é constituída por lâminas de ferro delgadascoladas umas nas outras. A bobina B é ligada a uma
fonte detensão, passando a ser percorrida por uma corrente alternada (fontede 110 V-60 Hz). O aro de alumínio, em
forma de calha, contémágua a 20 °C e é atravessado pela armação, conforme indica a figuraa seguir:
O que passará a ocorrer com a temperatura da água?
5

Um fio condutor retilíneo e longo é colocadono plano que contém uma espira condutora pequena o suficientepara que
se possa considerar uniforme o campo magnético atravésdela (ver figura abaixo, à esquerda). O fio é percorrido por
uma correntei (t) cuja variação em função do tempo é representada na figuraabaixo, à direita.
Considere i (t) >0 quando a corrente no fio tem o sentido indicadoao lado dele. Quando i (t) >0, considere também
positivo o fluxo Φ(t)através da espira.
a) Qual é a frequência da corrente que percorre a espira?
b) Faça um gráfico do fluxo magnético que atravessa a espira em funçãodo tempo.
c) Faça um gráfico da força eletromotriz induzida nos terminais daespira em função do tempo.
6

Considere o circuito da figura, em que fios condutores estão enrolados sobre núcleos de material ferromagnético. Os
fiosestão isolados dos núcleos. Variando-se R, observa-se o aparecimentode uma corrente em R1.
a) Justifique o aparecimento da corrente em R1.
b) Enquanto R estiver diminuindo, qual o sentido da corrente que fluipor R1, de a para b ou de b para a? Justifique.
7

Para testar as novidades que lhe foram ensinadas em uma aula de Ciências, Rafael fazalgumas experiências, a seguir
descritas.
Inicialmente, ele esfrega um pente de plástico emum pedaço de flanela e pendura-o em um fio isolante.
Observa, então, que uma bolinha de isoporpendurada próxima ao pente é atraída por ele, comomostrado na Figura I,
ao lado.
A)EXPLIQUE por que, nesse caso, a bolinha de isoporé atraída pelo pente.
B) Em seguida, enquanto o pente ainda está eletricamente carregado, Rafael envolve a bolinhade isopor com uma
gaiola metálica, como mostrado na Figura II, ao lado, e observa o que acontece.
RESPONDA: A bolinha de isopor continua sendoatraída pelo pente? JUSTIFIQUE sua resposta.
RESPOSTA:
1. Ao atritar o pente de plástico na flanela, ele é eletrizado por atrito e estabelece ao seu redor um campo elétrico
não uniforme. A bolinha de isopor, suposta inicialmente neutra, sofre um processo de polarização (similar a um processo
de indução, mas em um isolante) e, estando em um campo não uniforme, sofre ação de uma força resultante atrativa.
2. Não, pois estando a bolinha envolvida por uma gaiola metálica, não haverá campo elétrico atuando sobre a
mesma devido à blindagem eletrostática no interior dessa gaiola. Portanto, a bolinha não será polarizada, logo, não será
atraída.
8

A figura esquematiza o experimento de Robert Millikanpara a obtenção do valor da carga do elétron. O vaporizador
borrifagotas de óleo extremamente pequenas que, no seu processo deformação, são eletrizadas e, ao passar por um
pequeno orifício, ficamsujeitas a um campo elétrico uniforme, estabelecido entre as duas placasA e B, mostradas na
figura.
Variando adequadamente a tensão entre as placas, Millikan conseguiuestabelecer uma situação na qual a gotícula
mantinha-se emequilíbrio. Conseguiu medir cargas de milhares de gotículas e concluiuque os valores eram sempre
múltiplos inteiros de 1,6 · 10 –19 C(a carga do elétron).
Em uma aproximação da investigação descrita, pode-se considerarque uma gotícula de massa 1,2 · 10 –12 kg atingiu o
equilíbrio entre placasseparadas de 1,6 cm, estando sujeita apenas às ações dos camposelétrico e gravitacional
(g=10m/s 2 ).
Supondo que entre as placas estabeleça-se uma tensão de 6,0 · 10 2 V, responda:
A) qual o módulo, a direção e sentido do vetor campo elétrico entre as placas. Justifique.
B)qual onúmero de elétrons em excesso na gotícula?
A) Vertical, para baixo e módulo igual a 3,75.10 4 V/m.
B)
9

O sistema esquematizado na figura a seguir está dispostoem um plano vertical. O resistor de resistência R = 5 Ω está
ligado aosfios I e II, verticais, supostos ideais e muito longos.
Uma haste condutora ideal CD de comprimento L= 1 m, pesandoP = 10 N, é abandonada do repouso e passa a
mover-se sem atrito,sempre disposta perpendicularmente aos fios I e II, e sem perdercontato com eles. Determine a
velocidade máxima atingida pela haste,sabendo que existe um campo magnético indutor uniforme e
constanteperpendicular ao plano do sistema, como mostra a figura, e de intensidadeB = 1 T. Despreze a influência do
ar.
10