Uma esfera metálica é aterrada por meio de um único fio. Uma extremidade de uma haste plástica possui carga positiva e é mantida próxima à esfera.
a) Se o fio terra é removido enquanto a haste e a esfera estão próximas uma da outra, sem se tocar, há alguma força entre as duas? Justifique.
b) Se a extremidade da haste está em contato com a esfera e então o fio terra é removido, há alguma força elétrica entre a haste e a esfera depois que elas são separadas? Justifique.
a) Se o fio terra é removido enquanto a haste e a esfera estão próximas uma da outra, sem se tocar, há alguma força entre as duas? Justifique.
b) Se a extremidade da haste está em contato com a esfera e então o fio terra é removido, há alguma força elétrica entre a haste e a esfera depois que elas são separadas? Justifique.
Passo 1
Vamos entender o que está acontecendo aqui. Temos uma esfera metálica aterrada com um fio e uma haste plástica carregada positivamente está próxima dela. O exercício está relacionado à eletrostática, especificamente sobre cargas elétricas e forças entre elas. Para resolver, vamos usar conceitos de indução elétrica, aterramento e forças eletrostáticas.
Passo 2
Parte a): Primeiro, vamos analisar o que acontece quando o fio terra é removido enquanto a haste e a esfera estão próximas, mas sem se tocar. Quando a haste positiva está próxima da esfera aterrada, ela induz uma separação de cargas na esfera: os elétrons na esfera são atraídos para o lado mais próximo da haste, deixando o outro lado com carga positiva.
Teoria Aplicada: A força eletrostática entre cargas opostas atrai objetos, enquanto cargas iguais se repelem. No caso, a esfera terá uma distribuição de cargas induzida devido à presença da haste.
Passo 3
Mesmo após remover o fio terra, a esfera permanece neutra globalmente porque ela foi apenas induzida a ter separação de cargas temporariamente. Sem o aterramento, as cargas não têm onde ir, então a esfera volta a ser neutra. Como a haste e a esfera não têm carga líquida resultante, não haverá força elétrica entre elas.
Passo 4
Parte b): Agora, se a extremidade da haste está em contato com a esfera e, em seguida, o fio terra é removido, ocorre uma transferência de carga. A haste positiva transfere parte de sua carga para a esfera ao entrar em contato.
Teoria Aplicada: Quando dois condutores entram em contato, as cargas podem se redistribuir até que ambos tenham o mesmo potencial elétrico.
Passo 5
Após a separação, tanto a haste quanto a esfera ficam carregadas positivamente. Como ambas têm cargas da mesma natureza, haverá uma força de repulsão elétrica entre elas.
Resposta
a) Não, não há força entre a haste e a esfera porque, sem carga líquida, ambas permanecem neutras.
b) Sim, há uma força de repulsão elétrica entre a haste e a esfera após a separação, já que ambas ficam carregadas positivamente.