Ano 2024#fisica#eletrostatica#equilibrio#lei-de-coulomb

Sobre o tema

Este problema de eletrostática aborda o equilíbrio de uma partícula carregada suspensa por um fio, sujeita à interação com outras três cargas fixas nos vértices de um quadrado. A Lei de Coulomb é fundamental para calcular as forças elétricas entre cargas pontuais, e a condição de equilíbrio exige que a tração no fio seja igual à resultante dessas forças. A configuração geométrica (quadrado) impõe componentes vetoriais que devem ser decompostas e somadas. Para resolver, é necessário identificar as cargas de cada vértice (tipicamente +q, +q, -q e +q) e aplicar a superposição de forças. O resultado, 3kq²/(2L²), destaca a importância da simetria e dos sinais das cargas no cálculo da força resultante.

Tópicos relacionados

Lei de Coulomb para cargas pontuais
Equilíbrio de partículas carregadas
Superposição de forças elétricas
Decomposição vetorial de forças
Geometria do quadrado e simetria

Enunciado

Na figura, sao mostradas tres particulas fixadas e uma quarta particula pendurada por um fio inextensivel. As quatro particulas estao carregadas eletricamente e em equilibrio nos vertices de um quadrado de lado L. Dado: constante eletrica do meio k. As cargas de cada particula estao indicadas na figura. A tracao no fio e: [A figura mostra a distribuicao de cargas nos vertices do quadrado.]

Alternativas

A)
k*q^2 / L^2
B)
9kq^2 / (4*L^2)
C)
3kq^2 / (2*L^2)
D)
(kq^2 / (4L^2)) * (4 + sqrt(2))
E)
(kq^2 / (4L^2)) * (2 + sqrt(2))

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Perguntas frequentes

O que é a Lei de Coulomb?

É a lei que descreve a força elétrica entre duas cargas pontuais: seu módulo é proporcional ao produto das cargas e inversamente proporcional ao quadrado da distância entre elas. A direção é ao longo da linha que une as cargas, e o sentido depende dos sinais.

Como aplicar superposição de forças em eletrostática?

A força total sobre uma carga é a soma vetorial das forças exercidas individualmente por cada outra carga. Calcula-se cada força usando a Lei de Coulomb e depois soma-se os vetores componente a componente.

Por que a tração no fio é igual à força elétrica resultante?

No equilíbrio estático, a partícula pendurada está em repouso, então a resultante das forças é zero. As únicas forças são a tração (para cima) e a força elétrica resultante (direção qualquer). Portanto, a tração deve equilibrar a força elétrica, sendo igual em módulo e oposta em direção.