Um bastăo de vidro é atritado numa flanela de lă, e depois, ele é posto em contato com uma esfera metálica suspensa por um fio. A esfera metálica é utilizada como indutor para uma outra esfera metálica, e após o processo de indução, a segunda esfera metálica é posta em contato com uma terceira esfera, também metálica. Quais såo as cargas em cada um dos corpos e quais săo os tipos de interação entre eles?
Passo 1
O enunciado descreve quatro objetos:
– Um bastão de vidro que, ao ser atritado numa flanela de lã, adquire carga por eletrização por atrito.
– A seguir esse bastão posta-se em contato (eletrização por contato) com a esfera metálica 1, que estava neutra.
– Depois usa-se a esfera 1 carregada para induzir carga na esfera metálica 2 (eletrização por indução, com aterramento).
– Finalmente a esfera 2, agora carregada, é colocada em contato com a esfera metálica 3 (outra eletrização por contato).
Precisamos determinar a carga de cada corpo (bastão, esferas 1, 2 e 3) e como cada par interage eletrostaticamente.
– Um bastão de vidro que, ao ser atritado numa flanela de lã, adquire carga por eletrização por atrito.
– A seguir esse bastão posta-se em contato (eletrização por contato) com a esfera metálica 1, que estava neutra.
– Depois usa-se a esfera 1 carregada para induzir carga na esfera metálica 2 (eletrização por indução, com aterramento).
– Finalmente a esfera 2, agora carregada, é colocada em contato com a esfera metálica 3 (outra eletrização por contato).
Precisamos determinar a carga de cada corpo (bastão, esferas 1, 2 e 3) e como cada par interage eletrostaticamente.
Passo 2
Eletrização por atrito (bastão e flanela):
Na série triboelétrica, o vidro tende a perder elétrons para a lã. Logo, após o atrito, o bastão de vidro tem carga positiva (deficit de elétrons) e a lã fica negativa (excesso de elétrons).
Na série triboelétrica, o vidro tende a perder elétrons para a lã. Logo, após o atrito,
Passo 3
Eletrização por contato (bastão positivo e esfera 1 neutra):
- Ao encostar o bastão (carga
) na esfera 1, elétrons fluem da esfera 1 para o bastão até igualar potenciais. - A esfera 1 perde elétrons; portanto, depois do contato ela fica carregada positivamente, com carga digamos
. - Após a separação, bastão e esfera 1 têm cargas do mesmo sinal e, portanto, se repelem.
Passo 4
Eletrização por indução (esfera 1 positiva e esfera 2 neutra):
- Aproxima-se a esfera 1 (carga
) da esfera 2, sem tocar. Na esfera 2 ocorre separação de cargas: surgem cargas negativas na face mais próxima e positivas na face afastada. - Conecta-se a esfera 2 à terra; os elétrons da terra sobem para neutralizar a parte positiva que estava no lado oposto.
- Desconecta-se a terra e então afasta-se a esfera 1. A esfera 2 retém elétrons em excesso, ficando com carga negativa
.
Passo 5
Eletrização por contato (esfera 2 negativa e esfera 3 neutra):
- Encostando a esfera 2 (carga
) na esfera 3, elétrons se distribuem entre as duas até igualar potenciais. - Ambas ficam com carga negativa: cada uma recebe
se tiverem mesmas dimensões. - Após separação, as duas têm cargas negativas e, portanto, se repelem.
Passo 6
Resumo das cargas e das interações:
– Bastão de vidro: positiva .
– Esfera 1: positiva .
– Esfera 2: negativa .
– Esfera 3: negativa ( , se forem iguais).
Interações eletrostáticas principais:
– Bastão × Esfera 1: repulsão (mesmo sinal).
– Esfera Esfera 2: atração (sinais opostos).
– Esfera Esfera 3: repulsão (mesmo sinal).
– Bastão de vidro: positiva
– Esfera 1: positiva
– Esfera 2: negativa
– Esfera 3: negativa (
Interações eletrostáticas principais:
– Bastão × Esfera 1: repulsão (mesmo sinal).
– Esfera
– Esfera
Resposta
Bastão de vidro: carga positiva.
Esfera 1: carga positiva.
Esfera 2: carga negativa.
Esfera 3: carga negativa.
Esfera 1: carga positiva.
Esfera 2: carga negativa.
Esfera 3: carga negativa.
Interações:
– Bastão–Esfera 1: repulsão.
– Esfera 1–Esfera 2: atração.
– Esfera 2–Esfera 3: repulsão.
– Bastão–Esfera 1: repulsão.
– Esfera 1–Esfera 2: atração.
– Esfera 2–Esfera 3: repulsão.