Dois blocos metálicos idênticos estão em repouso sobre uma superficie sem atrito ligados por uma mola metálica com constante elástica de
, e separadas por uma distância 0.3 m . Uma carga total Q é colocada sobre o sistema causando uma separação entre os blocos de 0.4 m . Determine o valor de
supondo que a carga reside sobre os blocos e que os blocos são considerados como cargas pontuais.
Passo 1
Beleza, vamos entender o que a questão está pedindo. Temos dois blocos metálicos iguais, que estão parados sobre uma superfície sem atrito e ligados por uma mola com constante elástica de
. A distância inicial entre eles é de 0,3 metros. Quando colocamos uma carga total
no sistema, os blocos se separam e a distância entre eles passa a ser 0,4 metros. Queremos descobrir qual é o valor de
. Para resolver isso, vamos precisar usar conceitos de força elástica da mola e a força elétrica entre cargas.
Passo 2
Primeiro, vamos identificar o que está acontecendo. A mola está sendo esticada quando a carga
é adicionada. A força que a mola exerce para tentar voltar ao seu comprimento original é dada pela Lei de Hooke:
onde
é a constante elástica da mola e
é a variação no comprimento da mola.
Passo 3
Vamos calcular a variação no comprimento da mola (
). A mola inicialmente tinha 0,3 metros e foi esticada para 0,4 metros. Então:
Passo 4
Agora, vamos calcular a força que a mola está exercendo quando esticada em 0,1 metros:
Essa força está tentando puxar os blocos de volta para a posição inicial.
Passo 5
Por outro lado, a força elétrica entre os dois blocos com carga
é dada pela Lei de Coulomb:
onde
é a constante de Coulomb e
é a distância entre as cargas.
Passo 6
No equilíbrio, a força elétrica que empurra os blocos para longe é igual à força da mola que puxa eles de volta. Então:
Passo 7
Vamos resolver para
:
Passo 8
Agora, tiramos a raiz quadrada para encontrar
:
Resposta
O valor da carga total
é aproximadamente
Coulombs.