Enunciado

Duas partículas estão localizadas no eixo x. A partícula 1 tem massa m e está na origem. A partícula 2 tem massa 2m e está a uma distância x = +L. Uma terceira partícula está posicionada entre as partículas 1 e 2. Onde no eixo x poderia estar localizada essa terceira partícula de tal modo que a magnitude da força gravitacional em ambas partículas 1 e 2 dobre? Expresse sua resposta em função de L.

Passo 1

Vamos fazer um desenhooo pra visualizar o problema!!

Passo 2

Para a partícula de massa m, nós temos:

F d e p o i s F a n t e s = G m m 3 D 2 + G m 2 m L 2 G m 2 m L 2 = L 2 m 3 2 m D 2 + 1

Para a partícula de massa 2m, temos:

F d e p o i s F a n t e s = G 2 m m 3 L - D 2 + G m 2 m L 2 G m 2 m L 2 = L 2 m 3 m L - D 2 + 1

Passo 3

Sabendo que F d e p o i s / F a n t e s = 2, pois a força depois da inserção da terceira partícula precisa para dobrar ambas partículas, temos que:

L 2 m 3 2 m D 2 + 1 = L 2 m 3 m L - D 2 + 1 → 2 D 2 = L - D 2

Expandindo e rearranjando esse resultando, temos que

D 2 + 2 L D - L 2

Note que agora temos uma equação de segundo grau que podemos resolver pelo nosso salvador Bhaskara:

D = - b ± b 2 - 4 a c 2 a = - 2 L ± 2 L 2 - 4 1 - L 2 2 1

D 1 = 0,414   L

D 2 = - 2,414 L

A solução negativa não pode ser a verdadeira porque o enunciado nos diz que a posição da partícula 3 é na parte positiva do eixo x, logo:

D = 0,414 L

Resposta

D = 0,414 L

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