c - Verifique se existe fluxo do campo através das superfícies plana superior e inferior do cilindro.

Passo 1

Beleza, vamos lá! O enunciado pede para verificar se existe fluxo do campo vetorial através das superfícies plana superior e inferior de um cilindro. Isso envolve conceitos de cálculo vetorial, especificamente o cálculo de fluxo usando integrais de superfície. Para resolver isso, vamos precisar entender o que é fluxo, como parametrizar as superfícies do cilindro e aplicar a integral de superfície.

Passo 2

Primeiro, vamos entender o que é fluxo. O fluxo de um campo vetorial através de uma superfície mede a quantidade de campo que “passa” pela superfície. Matematicamente, é definido pela integral de superfície:
onde é o vetor normal à superfície .

Passo 3

Agora, vamos parametrizar as superfícies plana superior e inferior do cilindro. Supondo que o cilindro tenha raio e altura , as superfícies planas são círculos no topo e na base do cilindro.
  • Superfície Superior: , com
  • Superfície Inferior: , com

Passo 4

Para calcular o fluxo através dessas superfícies, precisamos determinar o vetor normal para cada uma delas.
  • Superfície Superior: A normal aponta para cima, então
  • Superfície Inferior: A normal aponta para baixo, então
Agora, aplicamos a integral de superfície para cada caso.

Passo 5

Vamos calcular o fluxo através da superfície superior:
E para a superfície inferior:

Passo 6

A existência de fluxo depende de ser diferente de zero. Se em ambas as superfícies, então não há fluxo através delas.

Passo 7

Sem informações específicas sobre o campo vetorial , não podemos calcular explicitamente o fluxo. No entanto, se o componente de for sempre zero ou se for perpendicular às normais das superfícies superiores e inferiores, então o fluxo será zero.

Resposta

Portanto, existe fluxo do campo através das superfícies plana superior e inferior do cilindro se a componente de não for nula nessas superfícies. Caso contrário, não haverá fluxo.

Exercícios relacionados

Esfera Isolante. Uma carga é distribuída uniformemente ao longo de uma esfera isolante de raio . Determinar o potencial elétrico para (a) todos os pontos no exterior da esfera (b) todos os pontos no interior da esfera .
Resp: a) q/4 (b)q(
Uma partícula de massa se move no eixo sob a atração gravitacional de um disco circular uniforme de massa e raio . O campo de força atuando sobre a partícula é dado por
  • Calcular a energia potencial correspondente para .
  • Inicialmente, a partícula é liberada do repouso no ponto . Encontre a velocidade da partícula quando ela atinge o disco.
Leia e descreva brevemente o são linhas equipotenciais.
Justifique porque em um condutor carregado eletricamente o potencial elétrico é o mesmo em todos os pontos do mesmo (seção 24.8, cap. 24 do livro do Halliday, ed).