ยท

Engenharia Mecรขnica ยท

Fรญsica 3

Send your question to AI and receive an answer instantly

Ask Question

Preview text

1 Lista II de Fรญsica Geral e Experimental III Prof Fรกbio Jesus Bruno Lima Constantes Dados ๐œ€0 8851012 ๐ถ2๐‘๐‘š2 ๐พ0 90 109 ๐‘๐‘š2๐ถ2 Exercรญcio 1 Duas cargas puntiformes ๐‘„1 60 ๐œ‡๐ถ e ๐‘„2 40 ๐œ‡๐ถ estรฃo fixas nos pontos ๐ด 20 10๐‘š e ๐ต 20 40๐‘š respectivamente Determine a expressรฃo da forรงa vetorial que a carga em A exerce sobre a carga em B Considere o meio o vรกcuo Resposta A forรงa que a carga Q1 exercerรก na carga Q2 serรก de atraรงรฃo uma vez que ambas sรฃo cargas de sinais opostos Logo para calcular a forรงa ๐น deverรก utilizar a Equaรงรฃo 1 mostrada a seguir ๐น ๐‘˜0 ๐‘ž1 ๐‘ž2 ๐‘Ÿ ๐‘‘3 1 O vetor de interesse รฉ o vetor ๐‘ฃ pois pedese a Forรงa exercida em Q2 Neste caso temos a Forรงa de referรชncia com componentes x e y negativas poiss B estรก sentindo a forรงa 2 ๐น ๐‘˜0 ๐‘ž1 ๐‘ž2 ๐‘Ÿ ๐‘‘3 ๐น 9109 6106 4106 4๐‘– 5๐‘— 0๐‘˜ 42 52 02 3 ๐น 013๐‘– 017๐‘— 0๐‘˜ ๐‘ Exercรญcio 2 Trรชs cargas puntiformes sรฃo colocados nos vรฉrtices de um retรขngulo de lados 80 ๐‘๐‘š ๐‘’ 60 ๐‘๐‘š conforme mostra a figura abaixo Determine a forรงa elรฉtrica vetorial resultante sobre a carga ๐‘ž 50 ๐œ‡๐ถ colocada no quarto vรฉrtice origem do plano cartesiano bem como seu mรณdulo e direรงรฃo Resposta Utilizando a Equaรงรฃo 1 podese determinar o valor da contribuiรงรฃo de cada carga para a forรงa resultante Lembrando que o princรญpio da sobreposiรงรฃo diz que a forรงa total e seu campo elรฉtrico sobre um ponto qualquer รฉ a soma de cada campo oriundo da presenรงa de cada carga isto pode ser descrito analiticamente utilizando a Equaรงรฃo 2 ๐น๐‘… ๐น๐‘– ๐‘› ๐‘–1 ๐น๐‘— ๐‘› ๐‘—1 ๐น ๐‘˜ ๐‘› ๐‘˜1 2 Portanto para determinar a forรงa total que age sobre uma carga colocada na origem do sistema cartesiano devese calcular a forรงa que cada uma das cargas agem sobre ela A primeira coisa a se fazer รฉ determinar a posiรงรฃo de cada carga ๐‘ž๐ด 008 0 0 ๐‘ž๐ต 008 006 0 ๐‘ž๐ถ 0 006 0 ๐‘ž๐‘‚ 0 0 0 O observador ๐‘ž๐‘‚ estรก na origem portanto utilizando a Equaรงรฃo 1 temos ๐น ๐‘˜0 ๐‘ž1 ๐‘ž2 ๐‘Ÿ ๐‘‘3 ๐น๐ด๐‘‚ 9109 5106 2106 008๐‘– 0๐‘— 0๐‘˜ 0082 02 02 3 ๐น๐ด๐‘‚ 141๐‘– 0๐‘— 0๐‘˜ ๐‘ 3 ๐น ๐‘˜0 ๐‘ž1 ๐‘ž2 ๐‘Ÿ ๐‘‘3 ๐น๐ต๐‘‚ 9109 5106 3106 008๐‘– 006๐‘— 0๐‘˜ 0082 0062 02 3 ๐น๐ต๐‘‚ 108๐‘– 81๐‘— 0๐‘˜ ๐‘ ๐น ๐‘˜0 ๐‘ž1 ๐‘ž2 ๐‘Ÿ ๐‘‘3 ๐น๐ถ๐‘‚ 9109 5106 4106 0๐‘– 006๐‘— 0๐‘˜ 02 0062 02 3 ๐น๐ถ๐‘‚ 0๐‘– 50๐‘— 0๐‘˜ ๐‘ Assim temos pela Equaรงรฃo 2 a seguinte expressรฃo ๐น๐‘… ๐น๐ด๐‘‚ ๐น๐ต๐‘‚ ๐น๐ถ๐‘‚ ๐น๐‘… 141๐‘– 0๐‘— 0๐‘˜ 108๐‘– 81๐‘— 0๐‘˜ 0๐‘– 50๐‘— 0๐‘˜ ๐น๐‘… 33๐‘– 419๐‘— 0๐‘˜ ๐‘ ๐น๐‘… 420 ๐‘ ๐œƒ 2655 Exercรญcio 3 Trรชs esferas metรกlicas idรชnticas encontramse em equilรญbrio sob a aรงรฃo de forรงas elรฉtricas na posiรงรฃo indicada na figura a seguir sobre um plano horizontal sem atrito Sendo a carga da esfera A ๐‘„๐ด 180 ๐œ‡๐ถ determine as cargas das esferas B e C Resposta Para resolver este problema vocรช deverรก montar dois sistemas e verificar a dependรชncia das cargas Sabese que a forรงa que a carga A exerce na carga B e C รฉ a mesma devido ao equilรญbrio estรกtico entre as cargas portanto ๐‘„๐ด ๐‘„๐ต ๐‘Ÿ2 ๐‘„๐ด ๐‘„๐ถ ๐‘Ÿ2 ๐‘„๐ด ๐‘„๐ต 2๐‘‘2 ๐‘„๐ด ๐‘„๐ถ 5๐‘‘2 ๐‘„๐ต 4๐‘‘2 ๐‘„๐ถ 25๐‘‘2 25๐‘„๐ต 4๐‘„๐ถ E o mesmo vale para a forรงa que age entre A e B ser a mesma que age entre B e C desta forma 4 ๐‘„๐ด ๐‘„๐ต ๐‘Ÿ2 ๐‘„๐ต ๐‘„๐ถ ๐‘Ÿ2 ๐‘„๐ด ๐‘„๐ต 2๐‘‘2 ๐‘„๐ต ๐‘„๐ถ 3๐‘‘2 ๐‘„๐ด 4๐‘‘2 ๐‘„๐ถ 9๐‘‘2 9 4 ๐‘„๐ด ๐‘„๐ถ ๐‘„๐ถ 405 ๐œ‡๐ถ Assim temse que ๐‘„๐ต 4 25 ๐‘„๐ถ ๐‘„๐ต 65 ๐œ‡๐ถ Exercรญcio 4 Determine a intensidade da forรงa elรฉtrica sobre a carga ๐‘ž 20 ๐œ‡๐ถ colocada no ponto P gerado por um fio de comprimento ๐‘™ 200 ๐‘๐‘š como mostrado abaixo Considere a O fio estรก eletrizado uniformemente com carga ๐‘„ 40 ๐œ‡๐ถ b O fio tem uma densidade linear de carga que varia com a posiรงรฃo segundo a expressรฃo ๐œ† 2 4๐‘ฅ ๐œ‡๐ถ๐‘š para ๐‘ฅ 002 ๐‘š Resposta a Para este item a primeira coisa a se fazer em um problema deste carรกter รฉ determinar as posiรงรตes de cada elemento Neste caso temos que ๐‘…๐‘ƒ 03 0 0 ๐‘…๐‘„ ๐‘ฅ 002 0 0 Lembrando que ๐‘‘๐‘„ ๐œ† ๐‘‘๐‘ฅ e a forรงa no ponto P pode ser calculada utilizando a Equaรงรฃo 3 ๐‘‘๐น ๐‘˜0 ๐‘‘๐‘„ ๐‘ž ๐‘Ÿ ๐‘‘3 ๐‘‘๐น ๐‘˜0 ๐œ† ๐‘‘๐‘ฅ ๐‘ž ๐‘Ÿ ๐‘‘3 3 Como neste primeiro item o fio estรก eletrizado uniformemente com carga ๐‘„ 40 ๐œ‡๐ถ portanto ๐œ† 4106 02 20106 ๐ถ๐‘š A partir da equaรงรฃo acima temos 5 ๐‘‘๐น ๐น 0 9109 20106 2106 028 ๐‘ฅ๐‘– 028 ๐‘ฅ2 02 02 3 ๐‘‘๐‘ฅ 02 0 ๐น 36102 028 ๐‘ฅ๐‘– 028 ๐‘ฅ3 ๐‘‘๐‘ฅ 02 0 ๐น 36102 ๐‘– 1 028 ๐‘ฅ2 ๐‘‘๐‘ฅ 02 0 Aplicando a regra da substituiรงรฃo temos Substituiรงรฃo ๐‘ข 028 ๐‘ฅ Diferencial ๐‘‘๐‘ข ๐‘‘๐‘ฅ E organizando os limites de integraรงรฃo Para ๐‘ฅ 0 ๐‘ข 028 Para ๐‘ฅ 02 ๐‘ข 008 Portanto ๐น 36102 ๐‘– 1 ๐‘ข2 ๐‘‘๐‘ข 008 028 ๐น 36102 ๐‘– 1 ๐‘ข 028 008 ๐น 32 ๐‘– ๐‘ b A รบnica diferenรงa entre o item b e o item a รฉ a que a densidade de carga varia pelo o Portanto para determinar a forรงa na carga elรฉtrica localizada no ponto P devese utilizar a equaรงรฃo 3 com ๐œ† 2 4๐‘ฅ 106 ๐‘‘๐น ๐น 0 9109 2106 106 2 4๐‘ฅ 028 ๐‘ฅ ๐‘– 028 ๐‘ฅ2 02 02 3 ๐‘‘๐‘ฅ 02 0 ๐น 18103 2 4๐‘ฅ 028 ๐‘ฅ๐‘– 028 ๐‘ฅ3 ๐‘‘๐‘ฅ 02 0 ๐น 18103 2 4๐‘ฅ๐‘– 028 ๐‘ฅ2 ๐‘‘๐‘ฅ 02 0 ๐น 18103 2 4๐‘ฅ ๐‘– 028 ๐‘ฅ2 ๐‘‘๐‘ฅ 02 0 ๐น 18103 2 028 ๐‘ฅ2 ๐‘‘๐‘ฅ 02 0 4๐‘ฅ 028 ๐‘ฅ2 ๐‘‘๐‘ฅ 02 0 ๐‘– Substituiรงรฃo ๐‘ข 028 ๐‘ฅ Diferencial ๐‘‘๐‘ข 1 ๐‘‘๐‘ฅ E organizando os limites de integraรงรฃo Para ๐‘ฅ 0 ๐‘ข 028 6 Para ๐‘ฅ 02 ๐‘ข 008 ๐น 18103 2 ๐‘ข2 ๐‘‘๐‘ข 008 028 112 4 ๐‘ข ๐‘ข2 ๐‘‘๐‘ข 008 028 ๐‘– ๐น 18103 2 ๐‘ข2 ๐‘‘๐‘ข 008 028 112 ๐‘ข2 ๐‘‘๐‘ข 008 028 4 ๐‘ข ๐‘‘๐‘ข 008 028 ๐‘– ๐น 18103 2 ๐‘ข 028 008 112 ๐‘ข 028 008 4 ln ๐‘ข028 008 ๐‘– ๐น 0018 1786 10 501๐‘– ๐น 023 ๐‘– ๐‘ Exercรญcio 5 Determine a forรงa elรฉtrica gerada por um anel de raio ๐‘Ÿ 300 ๐‘๐‘š e eletrizado uniformemente com densidade linear ๐œ† 20 ๐œ‡๐ถ๐‘š no ponto P distante ๐‘‘ 400 ๐‘๐‘š do seu centro onde se encontra uma carga ๐‘ž 50 ๐œ‡๐ถ conforme mostrado na figura abaixo Considere o meio o vรกcuo Resposta 7 Para este problema o ideal รฉ considerar a simetria de forรงas para poder realizar o exercรญcio tendo portanto somente forรงa elรฉtrica para o eixo x Um observador no ponto P possui a posiรงรฃo ๐‘Ÿ๐‘ƒ 04 0 0 A saรญda do Vetor Deslocamneto de um elemento genรฉrico dx fica ๐‘Ÿ 04๐‘– ๐‘ฆ๐‘— ๐‘ง๐‘˜ As componentes y e z se anulam por simetria deixando o Vetor Deslocamento ๐‘Ÿ 04๐‘– Portanto podemos utilizar a Equaรงรฃo 3 para calcular a forรงa resultante sobre a carga no ponto P Lembrando que ๐‘„ ๐œ†๐‘ฅ ๐‘‘๐‘„ ๐œ†๐‘‘๐‘ฅ E que ๐‘ฅ ๐‘Ÿ๐œƒ ๐‘‘๐‘ฅ ๐‘Ÿ๐‘‘๐œƒ ๐‘‘๐น ๐‘˜0 ๐‘‘๐‘„ ๐‘ž ๐‘Ÿ ๐‘‘3 ๐‘‘๐น ๐น 0 9109 5106 2106 03 04๐‘– 042 032 3 ๐‘‘๐œƒ 2๐œ‹ 0 ๐น 90103 03 04๐‘– 053 ๐‘‘๐œƒ 2๐œ‹ 0 ๐น 0086๐‘– 2๐œ‹ ๐น 054 ๐‘– ๐‘ Exercรญcio 6 Uma distribuiรงรฃo semicircular vazada de carga de raio interno ๐‘Ž 100 ๐‘๐‘š e raio externo ๐‘ 150 ๐‘๐‘š possui densidade superficial de carga por ๐œŽ ๐‘ ๐‘Ÿ2 001 ๐ถ๐‘š2 sendo 0 ๐‘Ÿ ๐‘… e ๐‘ 5๐œ‡ Determinar a forรงa vetorial sobre a carga ๐‘ž 20 ๐œ‡๐ถ colocada no centro do semicรญrculo 8 Resposta A resoluรงรฃo deste problema รฉ dada a partir da percepรงรฃo de que a geometria รฉ um semicรญrculo portanto superficial e sua carga fica ๐‘„ ๐œŽ ๐‘† ๐‘‘๐‘„ ๐œŽ ๐‘‘๐‘† O elemento genรฉrico de รกrea รฉ ๐‘‘๐‘† ๐‘Ÿ ๐‘‘๐‘Ÿ ๐‘‘๐œƒ para cรญrculo foi escolhido conforme ilustra a figura sob incidรชncia de raio genรฉrico r contido entre 010 ๐‘Ÿ 015 perfazendo um รขngulo genรฉrico ๐œƒ contido entre 0 ๐œƒ 180 O vetor deslocamento ๐‘Ÿ ๐‘Ÿ ๐‘๐‘œ๐‘ ๐œƒ๐‘– ๐‘Ÿ ๐‘ ๐‘’๐‘›๐œƒ๐‘— sabendo que haverรก anulaรงรฃo de forรงas devido ร  simetria basta aplicar a Equaรงรฃo ๐‘‘๐น ๐‘˜0 ๐‘‘๐‘„ ๐‘ž ๐‘Ÿ ๐‘‘3 ๐‘‘๐น ๐‘˜0 ๐œŽ ๐‘‘๐‘† ๐‘ž ๐‘Ÿ ๐‘‘3 ๐‘‘๐น ๐‘˜0 ๐œŽ ๐‘‘๐‘† ๐‘ž ๐‘Ÿ cos๐œƒ ๐‘– ๐‘Ÿ ๐‘ ๐‘’๐‘›๐œƒ๐‘— ๐‘Ÿ3 Por simetria sรณ teremos vetor deslocamento em y 9 ๐‘‘๐น ๐‘˜0 ๐œŽ ๐‘‘๐‘† ๐‘ž ๐‘Ÿ ๐‘ ๐‘’๐‘›๐œƒ๐‘— ๐‘Ÿ3 Substituindo ๐‘‘๐‘† ๐‘Ÿ ๐‘‘๐‘Ÿ ๐‘‘๐œƒ ๐‘‘๐น ๐น 0 ๐‘˜0 ๐œŽ ๐‘… ๐‘Ÿ ๐‘ž ๐‘Ÿ ๐‘ ๐‘’๐‘›๐œƒ๐‘— ๐‘Ÿ3 ๐‘Ÿ ๐‘‘๐‘Ÿ ๐‘‘๐œƒ ๐œ‹ 0 Substituindo ๐œŽ ๐‘ ๐‘Ÿ2 001 ๐ถ ๐‘š2 ๐‘ ๐‘˜0 ๐‘ž ๐‘‘๐‘† ๐‘Ÿ ๐‘‘๐‘Ÿ ๐‘‘๐œƒ ๐‘‘๐น ๐น 0 9109 5106 015 010 ๐‘Ÿ2 001 2106 ๐‘Ÿ ๐‘ ๐‘’๐‘›๐œƒ๐‘— ๐‘Ÿ3 ๐‘Ÿ ๐‘‘๐‘Ÿ ๐‘‘๐œƒ ๐œ‹ 0 Agrupando temos ๐‘‘๐น ๐น 0 9109 5106 2106 ๐‘— ๐‘Ÿ 001 ๐‘Ÿ ๐‘‘๐‘Ÿ ๐‘ ๐‘’๐‘›๐œƒ ๐œ‹ 0 ๐‘‘๐œƒ 015 010 ๐น 9102 ๐‘— ๐‘Ÿ2 2 01 015 001ln ๐‘Ÿ01 015 ๐‘๐‘œ๐‘ ๐œƒ0 180 ๐น 9102 ๐‘— 625 103 405 103 2 ๐น 185103 ๐‘— ๐‘ต Exercรญcio 7 Uma distribuiรงรฃo de cargas positivas tem a forma de um arco de semicircunferรชncia de raio ๐‘… 500 ๐‘๐‘š que aparece na figura a seguir A carga por unidade de comprimento sobre o arco รฉ dada pela expressรฃo ๐œ† ๐œ†0cos ๐œƒ A carga total sobre a semicircunferรชncia รฉ de ๐‘„ 12 ๐œ‡๐ถ Calcule a forรงa total vetorial sobre uma carga puntiforme ๐‘ž 3 ๐œ‡๐ถ colocada no centro de curvatura do arco Resposta A resoluรงรฃo deste problema รฉ dada a partir da percepรงรฃo de que a geometria รฉ um semicรญrculo assim como no exercรญcio anterior porรฉm com densidade de carga linear Sabese que a densidade linear ๐œ†0 รฉ calculada atravรฉs da seguinte expressรฃo 10 ๐œ†0 ๐‘„ ๐‘™ ๐œ†0 12106 ๐œ‹ ๐‘Ÿ ๐œ†0 12106 ๐œ‹ 05 ๐œ†0 76106 ๐ถ๐‘š Lembrando que ๐‘„ ๐œ† ๐‘™ ๐‘„ ๐œ† ๐‘Ÿ ๐œƒ ๐‘‘๐‘„ ๐œ† ๐‘Ÿ ๐‘‘๐œƒ Tendo um รขngulo genรฉrico ๐œƒ contido entre 0 ๐œƒ 180 e tendo em vista que o vetor deslocamento รฉ ๐‘Ÿ ๐‘Ÿ ๐‘ ๐‘’๐‘›๐œƒ๐‘– ๐‘Ÿ ๐‘๐‘œ๐‘ ๐œƒ๐‘— sabendo que haverรก anulaรงรฃo de forรงas devido ร  simetria basta aplicar a Equaรงรฃo ๐‘‘๐น ๐‘˜0 ๐‘‘๐‘„ ๐‘ž ๐‘Ÿ ๐‘‘3 ๐‘‘๐น ๐‘˜0 ๐œ† ๐‘Ÿ ๐‘‘๐œƒ ๐‘ž ๐‘Ÿ ๐‘‘3 ๐‘‘๐น ๐น 0 9109 3106 05 ๐œ†0 cos๐œƒ ๐‘Ÿ ๐‘ ๐‘’๐‘›๐œƒ๐‘– ๐‘Ÿ ๐‘๐‘œ๐‘ ๐œƒ๐‘— 053 ๐‘‘๐œƒ ๐œ‹ 0 Devido ร  simetria de cargas รฉ possรญvel descartar a forรงa no eixo x ๐‘Ÿ ๐‘ ๐‘’๐‘›๐œƒ ๐‘– entรฃo temos ๐น 2052103 052 05 ๐‘๐‘œ๐‘ 2๐œƒ๐‘— ๐‘‘๐œƒ ๐œ‹ 0 ๐น 2052103 05 1 2 ๐œƒ ๐‘ ๐‘’๐‘›๐œƒ 2 0 ๐œ‹ ๐‘— ๐น 2052103 05 ๐œ‹ 2 ๐‘— ๐น 0645๐‘— ๐‘ Exercรญcio 8 Determine a intensidade da forรงa elรฉtrica gerada por um fio eletrizado de comprimento ๐‘™ 400 ๐‘๐‘š sobre a carga elรฉtrica ๐‘ž 10 ๐œ‡๐ถ colocada no ponto P como mostrado abaixo Considere o fio eletrizado com carga elรฉtrica ๐‘„ 200 ๐œ‡๐ถ uniformemente distribuรญda 11 Resposta A primeira coisa a se fazer neste problema รฉ determinar a distribuiรงรฃo de carga da barra isto รฉ determinar o ฮป Para isso ฮป ๐‘„๐‘‡๐‘œ๐‘ก๐‘Ž๐‘™ ๐‘ฅ 20106 040 50 ๐œ‡๐ถ๐‘š A partir disso basta aplicar a fรณrmula da Equaรงรฃo 3 ๐‘‘๐น ๐‘˜0 ๐‘‘๐‘„ ๐‘ž ๐‘Ÿ ๐‘‘3 Lembrando que ๐‘‘๐‘„ ๐œ† ๐‘‘๐‘ฅ conforme mostrado na figura temos ๐‘‘๐น ๐‘˜0 ๐‘‘๐‘„ ๐‘ž ๐‘Ÿ ๐‘‘3 ๐‘‘๐น ๐‘˜0 ๐œ† ๐‘‘๐‘ฅ ๐‘ž ๐‘Ÿ ๐‘‘3 3 ๐‘‘๐น ๐น 0 9109 106 50106 03๐‘— ๐‘ฅ๐‘– 032 ๐‘ฅ2 3 ๐‘‘๐‘ฅ 04 0 12 ๐น 045 ๐‘– ๐‘ฅ 032 ๐‘ฅ2 3 04 0 ๐‘‘๐‘ฅ 03๐‘— 1 032 ๐‘ฅ2 3 04 0 ๐‘‘๐‘ฅ Na 1ยช Integral do eixo x Aplicando a regra da substituiรงรฃo para ๐‘ข 032 ๐‘ฅ2 ๐‘‘๐‘ข 2๐‘ฅ๐‘‘๐‘ฅ e modificando os limites de integraรงรฃo Para ๐‘ฅ 0 ๐‘ข 009 Para ๐‘ฅ 04 ๐‘ข 025 Temos ๐‘ฅ 032 ๐‘ฅ2 3 04 0 ๐‘‘๐‘ฅ 1 2 1 ๐‘ข 3 025 009 ๐‘‘๐‘ข 1 2 2 ๐‘ข 009 025 1 1 05 1 03 133 ๐‘ Na 2ยช Integral do eixo y 03 1 009 1 ๐‘ฅ2 009 3 04 0 ๐‘‘๐‘ฅ 03 033 1 1 ๐‘ฅ2 009 3 04 0 ๐‘‘๐‘ฅ Aplicando a regra da substituiรงรฃo para ๐‘ก๐‘”2๐œƒ ๐‘ฅ2 009 ๐‘‘๐‘ฅ 03 ๐‘ ๐‘’๐‘2๐œƒ ๐‘‘๐œƒ e modificando os limites de integraรงรฃo Para ๐‘ฅ 0 ๐œƒ 0 Para ๐‘ฅ 04 ๐œƒ 5313 Temos 03 033 03 ๐‘ ๐‘’๐‘2๐œƒ ๐‘‘๐œƒ 1 ๐‘ก๐‘”2๐œƒ 3 5313 0 1 03 ๐‘๐‘œ๐‘ ๐œƒ 5313 0 ๐‘‘๐œƒ 1 03 ๐‘ ๐‘’๐‘›๐œƒ0 5313 267 ๐‘ Portanto nossa equaรงรฃo fica ๐น 045 133 ๐‘– 267 ๐‘— ๐‘ ๐น 06 ๐‘– 12 ๐‘— ๐‘ Entรฃo a intensidade da forรงa serรก ๐น 062 122 ๐น 134 ๐‘ Exercรญcio 9 Na figura abaixo no vรกcuo temos uma barra de comprimento ๐ฟ 60 ๐‘š com densidade linear de carga elรฉtrica dada por ๐œ† 10 ๐œ‡๐ถ๐‘š Alรฉm disso temos 13 perpendicularmente a uma distรขncia a do ponto mais longรญnquo da barra uma carga elรฉtrica ๐‘ž 40 ๐‘š๐ถ Sabendo que a distรขncia a vale ๐‘Ž 80 ๐‘š calcule para a carga puntiforme a Monte a expressรฃo da forรงa eletrostรกtica vetorial separada por eixo com devidos limites de integraรงรฃo b Resolva a integral em x c Resolva a integral em y d Calcule o mรณdulo da forรงa eletrostรกtica e sua direรงรฃo Resposta a Para a montagem da forรงa รฉ necessรกrio utilizar a Equaรงรฃo 3 e determinar a distรขncia em relaรงรฃo ao fio Onde ๐‘‘ ๐‘ฅ2 ๐‘Ž2 ๐‘‘ ๐‘Ž1 ๐‘ฅ2 ๐‘Ž2 e ๐‘Ÿ ๐‘ฅ๐‘– ๐‘Ž๐‘— 14 Entรฃo ๐‘‘๐น ๐‘˜0 ๐‘‘๐‘„ ๐‘ž ๐‘Ÿ ๐‘‘3 ๐‘‘๐น ๐‘˜0 ๐œ† ๐‘‘๐‘ฅ ๐‘ž ๐‘Ÿ ๐‘‘3 ๐‘‘๐น ๐น 0 9109 4103 1106 ๐‘ฅ๐‘– ๐‘Ž๐‘—๐‘‘๐‘ฅ ๐‘‘3 6 0 ๐น 9109 4103 1106 ๐‘ฅ๐‘– ๐‘Ž3 1 ๐‘ฅ2 ๐‘Ž2 3 ๐‘‘๐‘ฅ 6 0 ๐‘Ž๐‘— ๐‘Ž3 1 ๐‘ฅ2 ๐‘Ž2 3 ๐‘‘๐‘ฅ 6 0 b Resolvendo somente a integral do eixo x ๐‘ฅ๐‘– ๐‘Ž3 1 ๐‘ฅ2 ๐‘Ž2 3 ๐‘‘๐‘ฅ 6 0 Aplicando substituiรงรฃo com ๐‘ข 1 ๐‘ฅ2 ๐‘Ž2 ๐‘‘๐‘ข 2๐‘ฅ ๐‘Ž2 ๐‘‘๐‘ฅ e alterando os limites de integraรงรฃo Para ๐‘ฅ 0 ๐‘ข 1 Para ๐‘ฅ 6 ๐‘ข 15625 Temos ๐‘Ž2 2 ๐‘– ๐‘Ž3๐‘ข 3 ๐‘‘๐‘ข 15625 1 ๐‘– 2๐‘Ž 1 ๐‘ข 3 2 ๐‘‘๐‘ข 15625 1 ๐‘– 2๐‘Ž 2 ๐‘ข 1 15625 0025๐‘– c Resolvendo somente a integral do eixo y ๐‘Ž๐‘— ๐‘Ž3 1 ๐‘ฅ2 ๐‘Ž2 3 ๐‘‘๐‘ฅ 6 0 Para este temos que realizar uma substituiรงรฃo trigonomรฉtrica com ๐‘ก๐‘”2๐œƒ ๐‘ฅ2 ๐‘Ž2 ๐‘ฅ ๐‘Ž ๐‘ก๐‘”๐œƒ ๐‘‘๐‘ฅ ๐‘Ž ๐‘ ๐‘’๐‘2๐œƒ๐‘‘๐œƒ e alterando os limites de integraรงรฃo Para ๐‘ฅ 0 ๐œƒ 0ยบ Para ๐‘ฅ 6 ๐œƒ 37ยบ Temos 15 ๐‘Ž ๐‘ ๐‘’๐‘2๐œƒ ๐‘Ž ๐‘— ๐‘Ž3๐‘ ๐‘’๐‘3๐œƒ ๐‘‘๐œƒ 37ยบ 0ยบ ๐‘— ๐‘Ž 1 ๐‘ ๐‘’๐‘๐œƒ ๐‘‘๐œƒ 37ยบ 0ยบ ๐‘— ๐‘Ž ๐‘ ๐‘’๐‘›๐œƒ0ยบ 37ยบ 0075๐‘— d Para resolver o mรณdulo ๐น 36 0025๐‘– 0075๐‘— ๐น 09๐‘– 27๐‘— ๐น 285 ๐‘ e Para calcular a direรงรฃo de movimento basta realizar o arco tangente ๐‘ก๐‘” ๐œƒ ๐น๐‘— ๐น๐‘– ๐œƒ ๐‘Ž๐‘Ÿ๐‘๐‘ก๐‘” 27 09 ๐œƒ 72ยบ Exercรญcio 10 Num experimento de laboratรณrio temos um disco metรกlico de raio ๐‘Ÿ 300 ๐‘๐‘š girando com densidade de carga ๐œŽ 40 9๐œ‹ ๐œ‡๐ถ๐‘š2 A carga elรฉtrica do disco em movimento aplica uma forรงa de repulsรฃo na bolinha de platina para cima e a mantรฉm suspensa a 400 cm de altura em relaรงรฃo ao disco Dado carga elรฉtrica da bolinha de platina ๐‘ž 500 ๐œ‡๐ถ Calcule a Monte a expressรฃo da Forรงa Eletrostรกtica vetorial que atua na bolinha com os devidos limites de integraรงรฃo b Calcule a forรงa vetorial vertical que atua na bolinha mantendoa suspensa em equilรญbrio c Adote ๐‘” 100 ๐‘š๐‘ 2 e calcule a massa da bolinha suspensa Resposta a A resoluรงรฃo deste problema รฉ dada a partir da percepรงรฃo de que a geometria รฉ um cรญrculo portanto superficial e sua carga fica 16 ๐‘„ ๐œŽ ๐‘† ๐‘‘๐‘„ ๐œŽ ๐‘‘๐‘† O elemento genรฉrico de รกrea รฉ ๐‘‘๐‘† ๐‘Ÿ ๐‘‘๐‘Ÿ ๐‘‘๐œƒ para cรญrculo foi escolhido conforme ilustra a figura sob incidรชncia de raio genรฉrico r contido entre 00 ๐‘Ÿ 03 ๐‘š perfazendo um รขngulo genรฉrico ๐œƒ contido entre 0 ๐œƒ 360 Onde ๐‘‘ ๐‘Ÿ2 042 ๐‘‘ 016 ๐‘Ÿ2 e ๐‘Ÿ ๐‘ฅ๐‘– ๐‘ฆ๐‘— 04๐‘˜ E por simetria podemos considerar ๐‘ฅ๐‘– ๐‘ฆ๐‘— 0 ๐‘‘๐น ๐‘˜0 ๐‘‘๐‘„ ๐‘ž ๐‘Ÿ ๐‘‘3 ๐‘‘๐น ๐‘˜0 ๐œŽ ๐‘‘๐‘† ๐‘ž ๐‘Ÿ ๐‘‘3 ๐‘‘๐น ๐น 0 9109 500106 40 9๐œ‹ 106 04๐‘˜ ๐‘Ÿ2 016 3 03 0 2๐œ‹๐‘Ÿ๐‘‘๐‘Ÿ ๐น 109 500106 40 106 04๐‘˜ 2๐‘Ÿ๐‘‘๐‘Ÿ ๐‘Ÿ2 016 3 03 0 ๐น 8๐‘˜ 2๐‘Ÿ ๐‘Ÿ2 016 3 ๐‘‘๐‘Ÿ 03 0 b Basta resolver a integral determinada no item anterior ๐น 8๐‘˜ 2๐‘Ÿ ๐‘Ÿ2 016 3 ๐‘‘๐‘Ÿ 03 0 Aplique o mรฉtodo da substituiรงรฃo com ๐‘ข ๐‘Ÿ2 016 ๐‘‘๐‘ข 2๐‘Ÿ๐‘‘๐‘Ÿ E substituindo os limites de integraรงรฃo 17 Para ๐‘Ÿ 0 ๐‘ข 016 Para ๐‘Ÿ 03 ๐‘ข 025 Temos ๐น 8๐‘˜ 1 ๐‘ข 3 ๐‘‘๐‘ข 025 016 ๐น 8๐‘˜ 2 ๐‘ข 025 016 ๐น 8๐‘˜ ๐‘ c Neste item รฉ necessรกrio igualar a forรงa eletrostรกtica com a forรงa peso ambas em mรณdulo para poder obter a massa da bolinha Portanto ๐น ๐‘ƒ 8 ๐‘š ๐‘” ๐‘š 8 10 ๐‘š 08 ๐‘˜๐‘” 800 ๐‘”