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Exercícios Resolvidos de Condutores e Isolantes

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Enunciado

Na figura a seguir, um bastão carregado positivamente é aproximado de uma pequena esfera metálica (M) que pende na extremidade de um fio de seda. Observa-se que a esfera se afasta do bastão. Nesta situação, pode-se afirmar que a esfera possui uma carga elétrica total

  1. Positiva ou nula
  2. Negativa ou nula
  3. Nula
  4. Positiva
  5. Negativa

Passo 1

Beleza, galera... Física 3 não é o fim do mundo, você vai ver como tem problemas que são tranquilos de resolver, beleza?

Nesse problema, temos uma esfera metálica (condutora) que não sabemos a sua carga que está próxima de um bastão carregado positivamente. Algo mais ou menos assim:

Essa esfera está presa por um fio de seda, e a seda é um material que consideramos condutor.

Com essa aproximação, tivemos o que aconteceu na figura da nossa questão, a esfera de metal sofreu uma força de repulsão.

Sabendo disso, queremos encontrar qual a carga dessa esfera, se é positiva, negativa ou nula.

Passo 2

Bom, acho que todo mundo já deve ter ouvido aquele ditado de que “os opostos se atraem”! E esse ditado ele é aplicado para cargas elétricas.

Basicamente, cargas de sinais opostos se atraem e cargas de mesmo sinal se repelem.

No nosso exemplo, tivemos uma força de repulsão.

Por isso, podemos afirmar que uma possibilidade para a esfera é ser carregada positivamente (mesma carga do bastão) já que ela foi repelida.

E também podemos ver que ser carregada negativamente não é uma possibilidade, pois nesse caso ela seria atraída e queremos que ela seja repelida.

Agora precisamos ver o que aconteceria se essa esfera estivesse com carga nula.

Passo 3

Se a esfera estivesse com carga nula, ocorreria um processo de indução eletrostática.

Primeira coisa a entender aqui, é que a esfera com carga nula, significa que ela tem cargas positivas e negativas em mesma quantidade. Não confunda isso, achando que a carga nula quer dizer não ter carga, na verdade, quer dizer ter a mesma quantidade de cargas positivas e negativas.

Essas cargas da esfera vão se separar, sendo as negativas atraídas em direção ao bastão e as positivas repelidas pelo bastão:

Isso, por si só, já seria suficiente para gerar uma força de atração da esfera com o bastão. Isso ocorre, pois as cargas negativas estão mais próximas do bastão do que as cargas positivas, e portanto, a força de atração (negativas da esfera com positivas do bastão) vai ser maior que a de repulsão (positivas da esfera com positivas do bastão). Isso pode ser visto na figura acima, repara que a seta para a força de atração é maior do que a seta para a força de repulsão!

Mas as coisas não param por aí!

Além disso, sabemos que a esfera está presa por um fio de seda, que é condutor... Dessa forma, as cargas positivas que estão sendo repelidas vão para o ponto mais distante que puderem, no caso, lá no topo do fio e a esfera fica carregada negativamente:

E como cargas opostas se atraem, teríamos aqui uma força de atração.

Agora, analisando tudo que vimos, temos:

Carga positiva: Força de repulsão

Carga negativa: Força de atração

Carga nula: Após indução eletrostática, a esfera fica carregada negativamente e sofre Força de atração.

E como para o nosso exemplo, queríamos um caso onde tivessemos força de repulsão, a carga precisa ser exclusivamente positiva.

Resposta

A esfera tem carga positiva. Letra (d)

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