Enunciado

Um cilindro isolante muito longo, de raio R , possui um buraco cilíndrico, com raio a , perfurado ao longo de toda a extensão do eixo paralelo ao eixo do cilindro. O eixo do buraco está a uma distância b do eixo do cilindro, em que a < b < R (Figura 22.43 ). A parte maciça do cilindro possui uma densidade volumétrica de carga uniforme ρ . Encontre o módulo, a direção e o sentido do campo elétrico E → no interior do buraco e mostre que E → é uniforme em todos os pontos do volume do buraco. (Sugestão: Veja o Problema 22.61 .)

Passo 1

Lembrando que o campo no interior de um cilindro isolante infinito é dado por

E → = ρ r → 2 ϵ 0

Podemos usar essa equação e adaptar ao nosso caso em que o buraco do cilindro está deslocado da origem em uma certa distância.

Passo 2

Como sabemos, o campo elétrico no centro do cilindro é nulo devido ao fato do seu valor depender da distância entre um determinado ponto até o seu centro. Pensando nisso, podemos considerar o cilindro isolante com raio R e densidade volumétrica ρ e dizer que o buraco seria outra esfera, porém com densidade - ρ e localizada em r → = b → , visto que nesse caso o campo elétrico é nulo em r → = b → .

Dessa forma, o campo no interior do buraco será dado pela soma dos campos dos dois cilindros consideradas. Então:

E → T = ρ r → 2 ϵ 0 + - ρ r → - b → 2 ϵ 0

Portanto:

E → T = ρ b → 2 ϵ 0

Um detalhe para ficarmos atentos é o fato de que, como o campo elétrico não depende da distância r → , então o campo é uniforme em toda a região do interior do buraco e a sua direção e sentido são definidos pelo vetor b → .

Resposta

ρ b → 2 ϵ 0

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