Enunciado

O mostrador de um relógio possui cargas negativas pontuais -q, -2q, -3q, .. . , -12q mantidas fixas nas posições dos números correspondentes. Os ponteiros do relógio não afetam o campo produzido pelas cargas pontuais. A que horas o ponteiro das horas aponta na mesma direção que o vetor campo elétrico no centro do mostrador? (Sugestão: leve em conta a simetria das cargas.)

Passo 1

Olá, meu nobre amigo. Yuri aqui e estarei te ajudando a resolver essa atividade.

O que a questão quer é que a gente calcule o campo resultante no centro do relógio, ache o seu vetor e veja qual o horário é indicado na direção deste vetor.

Um pouco confuso, mas prometo que a resolução será melhor.

Passo 2

O campo elétrico é a razão da força elétrica entre as cargas e a carga de teste. A força entre as cargas é chamada de força de Coulomb e pode ser encontrada usando a segunda equação.

E = F q

F = K ∙ Q q r 2

Combinando as duas expressões acima, obtemos a expressão para o campo elétrico:

E = K ∙ Q r 2

Podemos ver que o campo elétrico em algum momento é proporcional à quantidade de carga. Se olharmos para o campo elétrico devido à contribuição de −9q e −3q, temos:

Passo 3

Como o princípio da superposição se aplica aos campos elétricos, o campo elétrico líquido para o −9q e −3q par é, então, a soma dos dois campos correspondentes:

O campo total parece uma carga negativa −6Q foi colocado em vez de −9q. Se repetirmos esse processo para cada par diagonal de cargas, o campo resultante será sempre o mesmo. O campo elétrico de magnitude −6Q do centro para fora..

Por fim, entra em jogo a dica que nos é dada para usar a simetria. Temos seis vetores de igual magnitude do campo elétrico. Por isso, podemos usar a simetria e dizer que quando o ponteiro da hora aponta 9:30 (no meio de todos os vetores de campo elétrico) ele está alinhado com o campo elétrico. É melhor ver na imagem abaixo:

t = 9 : 30

Resposta

O ponteiro do relógio vai apontar a direção do vetor campo elétrico as 9:30h.

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