Fundamentos de Fisica - Vol. 3. Halliday - 9ª Edição, Capítulo 22 – seção 4 - Problema 7.
(Cap 22 Ex – 7) Na Fig. abaixo, as quatro partículas formam um quadrado de Iado a = 5,00 cm e têm cargas = + 10,0 nC, = -20,0 nC, = + 20,0 nC e = -10,0 nC. Qual é o campo elétrico no centro do quadrado, em termos dos vetores unitários?
Passo 1
E ai meus queridos? Tudo certinho?
Então vem comigo que no caminho eu explicooo
O enunciado nos fala de quatro partículas que estão formando um quadrado e nós temos que calcular o vetor campo elétrico no centro do quadrado com os vetores unitários e .
Para isso, iremos dividir o cálculo do campo elétrico em dois: e . Devemos lembrar da fórmula para calcular campo elétrico em um ponto que é:
Em que é a distância da carga até o ponto, é a carga e é a constante de Coulomb (. Mas como iremos calcular as componentes separadamente, iremos calcular o módulo do campo elétrico e decompor o vetor nos vetores unitários e .
Mas como saberemos o sinal do vetor, já que iremos calcular o módulo? Lembre-se que partículas com carga positivo geram campo elétrico divergente (afastamento) e partículas com carga negativa geram campo elétrico convergente (atração).
Passo 2
Assim, só precisamos desenhar as “setas” de acordo com isso. Bem, eu já desenhei e o desenho está abaixo:
Pronto! Já desenhamos os vetores! Agora temos outra questão... Como vamos decompor esses vetores nos vetores unitários e ? Para isso, olhe a imagem abaixo:
Você lembra da matéria de plano inclinado? Na figura acima, e . Com essa breve revisão podemos calcular e .
Basta vê que as partículas formam um quadrado, então, o ângulo que cada vetor campo elétrico que a gente desenhou faz com os vetores unitários e é de 45°! Isso vai nos ajudar muito na hora de decompor os vetores.
Passo 3
Primeiramente, iremos calcular a componente x do campo elétrico no centro do quadrado. Como , não precisamos nos preocupar nessa questão se vamos multiplicar por cosseno ou seno, porém vamos decompor corretamente porque vai que a questão da sua prova não seja 45° né?
Olhe a figura acima, no passo 1, viu que ? Então nós temos que calcular o módulo e multiplicar por .
Temos que tomar o cuidado porque e tem componentes de x que são no sentido contrário ao crescimento do mesmo, portanto essas componentes serão com o sinal negativo.
Lembre-se que a distância do centro até qualquer vértice do quadrado é
Chega de enrolação, vamos calcular!
Passo 4
Agora, nós temos que calcular a componente y do campo elétrico. Para isso, nós iremos fazer do mesmo jeito. Note que e tem sinal negativo da componente y e agora devemos multiplicar por devido a primeira figura, lembra? Vamos aos cálculos!
Agora nós podemos desenhar o vetor campo elétrico total,
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