Ano 2021#eletricidade#campo-eletrico#movimento-circular

Sobre o tema

O problema do pêndulo cônico elétrico combina movimento circular uniforme com forças elétricas e gravitacionais. Uma esfera carregada, presa a um fio, gira em torno de um eixo vertical enquanto submetida a um campo elétrico uniforme. A análise envolve o equilíbrio das forças: tração, peso e força elétrica. A componente vertical da tração equilibra o peso somado à força elétrica (se esta for vertical), enquanto a componente horizontal fornece a força centrípeta. Esse tipo de questão é comum em vestibulares militares e exige domínio de decomposição vetorial, leis de Newton e conceitos de eletrostática. O cálculo do ângulo do fio com a vertical depende da velocidade angular, da massa, da carga, do campo elétrico e do comprimento do fio.

Tópicos relacionados

  • Pêndulo cônico elétrico
  • Força centrípeta em movimento circular
  • Equilíbrio de forças com campo elétrico
  • Decomposição de vetores tração e peso
  • Relação entre rpm e radianos por segundo

Enunciado

A figura mostra uma pequena esfera carregada, interligada por um cabo de comprimento L, inextensivel e de massa desprezivel, que gira em torno de um eixo vertical com velocidade angular omega. O movimento da esfera ocorre numa regiao submetida a um campo eletrico uniforme E, conforme indicado na figura.
Dados: massa da esfera: m = 50 g; carga eletrica da esfera: q = -10 C; intensidade do campo eletrico: |E| = 0,07 N/C; velocidade angular do eixo: omega = 120 rpm; comprimento do cabo: L = 30 cm; aceleracao da gravidade: g = 10 m/s^2; pi^2 aprox 10. A espessura do eixo vertical e desprezivel.
O angulo theta formado entre o cabo e o eixo e aproximadamente: [Figura do pendulo eletrico circular]

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Perguntas frequentes

Como resolver um problema de pêndulo cônico elétrico?

Identifique todas as forças: tração, peso e força elétrica (qE). Decomponha a tração em componentes vertical e horizontal. Aplique equilíbrio vertical e a relação de força centrípeta na horizontal. Considere o sinal da carga e a direção do campo elétrico.

O que significa a força centrípeta no movimento circular?

É a força resultante que aponta para o centro da trajetória, responsável por manter o corpo em curva. No pêndulo cônico, a componente horizontal da tração fornece essa força.

Como converter velocidade angular de rpm para rad/s?

Multiplique o valor em rpm por 2π e divida por 60. Por exemplo, 120 rpm = 120 * 2π / 60 = 4π rad/s.

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