Dispondo de um bastão isolante, uma flanela e duas esferas metálicas iguais, como você deve proceder para conseguir eletrizar essas esferas com cargas iguais? E se desejar uma das esferas com carga Q e a outra com carga Q / 2, como deve proceder?

Passo 1

Beleza, vamos começar entendendo a questão. Temos um bastão isolante, uma flanela e duas esferas metálicas iguais. A gente precisa descobrir como eletrizar essas esferas com cargas iguais e, depois, como fazer uma com carga $ Q $ e a outra com $ Q/2 $. Vamos precisar trabalhar com conceitos de eletrização por atrito, indução e contato.

Passo 2

Primeiro, para eletrizar as esferas, vamos precisar carregar o bastão. Para isso, vamos usar a flanela para esfregar o bastão isolante. Esse processo de esfregar dois materiais diferentes (no nosso caso, bastão e flanela) cria uma transferência de elétrons, carregando o bastão por atrito. Esse é um método comum para eletrizar objetos quando a eletrização por contato direto não é suficiente.

Passo 3

Após carregar o bastão, vamos usar essa carga para eletrizar as esferas metálicas. Como as esferas são isolantes, precisamos garantir que elas não percam a carga facilmente. Para eletrizar duas esferas com cargas iguais, vamos aproximar o bastão carregado de uma das esferas sem que toque nela. Isso cria uma redistribuição de cargas na esfera próxima ao bastão.

Passo 4

Depois disso, vamos tocar simultaneamente as duas esferas metálicas no bastão carregado. Esse contato permite que a carga se distribua igualmente entre as duas esferas, já que elas são iguais em tamanho e material. Como resultado, cada esfera receberá a mesma quantidade de carga do bastão, ficando eletrizadas com cargas iguais.

Passo 5

Agora, para a parte onde queremos uma esfera com carga $ Q $ e a outra com carga $ Q/2 $, vamos precisar de um método diferente. Vamos começar novamente carregando o bastão por atrito com a flanela.

Passo 6

Com o bastão carregado, vamos aproximá-lo de uma das esferas sem tocá-la, criando uma separação de cargas dentro dessa esfera (uma técnica chamada de indução). Dessa forma, uma parte da esfera ficará com carga positiva e a outra com carga negativa.

Passo 7

Em seguida, vamos aterrissar (fazer com que a esfera toque o solo) temporariamente uma das esferas enquanto o bastão ainda está próximo. Isso permite que as cargas se equilibrem com o solo, resultando em uma redistribuição desigual das cargas.

Passo 8

Depois de aterrar uma das esferas, vamos remover o bastão. Agora, uma esfera ficará com uma carga maior ($ Q Q Q/2 $), como desejado. Essa diferença ocorre devido à maneira como as cargas foram induzidas e redistribuídas durante o processo.

Resposta

Para eletrizar as duas esferas metálicas com cargas iguais, primeiro carregue o bastão isolante esfregando-o com a flanela. Em seguida, aproxime o bastão das esferas e toque ambas com o bastão, permitindo que a carga se distribua igualmente entre elas.
Para obter uma esfera com carga $ Q $ e a outra com carga $ Q/2 $, carregue novamente o bastão e utilize o método de indução, aproximando o bastão de uma esfera sem tocar, aterrando temporariamente uma das esferas enquanto o bastão está próximo, e depois removendo o bastão. Isso resultará em uma esfera com carga $ Q $ e a outra com carga $ Q/2 $.

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