Enunciado

Duas cargas puntiformes positivas iguais + q , estão no eixo y ; uma está em y = + a e a outra está em y = - a . O campo elétrico na origem é igual a zero. Uma carga teste q 0 é colocada na origem estará, portanto, em equilíbrio. (a) Discuta a estabilidade do equilíbrio para uma carga teste positiva considerando pequenos deslocamentos da posição de equilíbrio ao longo do eixo x e pequenos deslocamentos ao longo do eixo y . (b) Repita a parte(a) para uma carga teste negativa. (c) Determine o módulo e o sinal de uma carga q 0 que, quando colocada na origem, induza uma força resultante nula em cada uma das três cargas.

Passo 1

  1. Veja o esquema abaixo
  2. Quando q 0 está em y = 0 , ela estará em equilíbrio, então F 1 = F 2 . Quando movemos ela para y > 0 , F 1 irá crescer (pois a distância entre q 0 e q 1 diminui), enquanto F 2 irá diminuir (pois a distância entre q 0 e q 2 aumenta). Sendo assim, F 1 > F 2 e a partícula tenderá a voltar para origem. Se movermos ela para y < 0 , então a situação se inverte: F 2 > F 1 e ela ainda tenderá a voltar para a origem.

    Sendo assim, a força resultante sempre aponta para y = 0 o que caracteriza um equilíbrio estável.

    Passo 2

  3. Veja o esquema abaixo:
  4. Nesse caso, F 1 aponta para cima e F 2 aponta para baixo (força de atração, pois q 0 < 0 ). Dessa forma, quando movemos a carga para y > 0 , F 1 aumenta e F 2 diminui. Como F 1 > F 2 , a partícula continuará subindo, ou seja, essa não é uma situação de equilíbrio estável.

    Passo 3

  5. Veja que quando q 0 está em y = 0 ela estará em equilíbrio. Dessa forma, só precisamos analisar o equilíbrio de uma das outras cargas (pois, por simetria, a carga restante também estará em equilíbrio).

Veja que q 0 deve ser menor do que zero, de modo que ela atraia q 1 . Sendo assim,

F 12 = F 10 k q 1 q 2 2 a 2 = k q 1 q 0 a 2 k q 2 4 a 2 = k q q 0 a 2 q 0 = 1 4 q

Esse é apenas o módulo de q 0 . Corrigindo seu sinal, temos

q 0 = - 1 4 q

Resposta

  1. Sim.
  2. Não.
  3. - 1 4 q .
Ver Outros Exercícios desse livro

Exercícios de Livros Relacionados

Na Fig. 21-27a, a partícula 1 (de carga q 1 ) e a partícula 2 (de carga q 2 ) são mantidas fixas no eixox , separadas por uma distância de 8,00c m . A força que as partículas 1 e 2 exercem sobre uma p
Você faz uma demonstração simples para seu professor de física do colégio na qual você afirma que contesta a lei de Coulomb. Primeiramente você esfrega um pente de borracha em seu cabelo seco e, então
Três cargas puntiformes, + q , + Q e - Q estão posicionadas nos vértices de um triângulo equilátero, como mostra a Figura 21-33. Não nenhum outro objeto carregado nas proximidades. (a) Quais são a dir
Duas cargas puntiformes positivas iguais estão fixas, uma em x = 0,00m e outra em x = 1,00m , no eixo x . Uma terceira carga puntiforme positiva é colocada em uma posição de equilíbrio. (a) onde é ess
Estime o valor da força necessária para unir os dois prótons de um núcleo de He. Dica: Considere os prótons como cargas puntiformes. Você precisará ter uma estimativa para a distância entre eles.