PF de Física 3 da UFRJ - 2018.1 - Diurno

Uma placa condutora, de lado e espessura desprezível possui uma carga uniformemente distribuída sobre sua superfície. Considere um ponto sobre o eixo perpendicular ao plano da placa e que passa por seu centro, a uma distância do mesmo. Se este ponto está muito próximo da placa, de forma que , a intensidade do campo elétrico produzido pela placa neste ponto vale, aproximadamente:

Sobre um condutor maciço em equilíbrio eletrostático, considere as afirmativas abaixo:

1. Se o condutor está carregado, sua superfície deve possuir um potencial elétrico diferente de seu interior.
2. O campo elétrico é sempre tangente à superfície do condutor na vizinhança externa do mesmo.
3. No interior do condutor, o campo elétrico deve ser necessariamente nulo.

São VERDADEIRAS as afirmativas:

1. I
2. II
3. III
4. I e II
5. I e III
6. II e III
7. I, II e III
8. Nenhuma delas.

Um fio fino, retilíneo e finito de comprimento está uniformemente carregado com uma carga total . Desenha-se então uma superfície fechada na forma de um cilindro reto de raio e comprimento , como mostrado na figura abaixo. O cilindro é posicionado de forma que seu eixo coincida com o eixo do fio e os centros de suas tampas toquem as extremidades do fio. Sobre essa situação, considere as afirmativas abaixo:

1. O campo elétrico produzido pelo fio tem módulo constante em todos os pontos sobre a superfície lateral do cilindro.
2. O campo elétrico produzido pelo fio é tangente a todos os pontos das tampas do cilindro.
3. O fluxo de campo elétrico produzido pelo fio através de vale .

São VERDADEIRAS as afirmativas:

1. I
2. II
3. III
4. I e II
5. I e III
6. II e III
7. I, II e III
8. Nenhuma delas.

Em muitos livros-texto, é comum ver a seguinte definição de campo elétrico: seja uma pequena carga de prova positiva ; define-se o campo elétrico na região de como  , onde   é a força elétrica agindo sobre devido a uma distribuição de cargas qualquer. Nessa definição, está implícita que a distribuição de cargas não é afetada pela presença de . Se ao invés de uma pequena carga positiva tivéssemos utilizado uma pequena carga negativa para definir  , o que se poderia dizer a respeito do campo de acordo com esta nova definição?

1. O campo permaneceria com os mesmos módulo, direção e sentido da definição original.
2. O campo permaneceria com os mesmos módulo e direção, porém com sentido oposto ao da definição original.
3. O campo permaneceria com o mesmo módulo, porém com direção e sentido perpendiculares aos da definição original.
4. O campo permaneceria com os mesmos direção e sentido da definição original, porém o módulo poderia depender do módulo de .
5. Nada se pode dizer, pois o campo depende da distribuição de cargas, da qual não temos informação.

A figura abaixo mostra as linhas do campo eletrostático produzido por duas partículas de cargas e . Sobre esse sistema, podemos afirmar que:

1. , e
2. , e
3. , e
4. , e
5. , e
6. , e
7. , e
8. , e

Dois capacitores idênticos, inicialmente no vácuo, são conectados aos terminais de uma bateria que fornece uma diferença de potencial constante , como mostrado na figura abaixo. A seguir, mantendo a bateria conectada, insere-se uma placa isolante de constante dielétrica entre as placas de um dos capacitores, de forma a ocupar todo o volume entre elas. Nessa situação, é correto afirmar que, após a inserção:

1. A carga armazenada no capacitor com o dielétrico diminui com relação ao valor original.
2. Os dois capacitores armazenam a mesma energia.
3. A carga armazenada no capacitor que permanece no vácuo aumenta com relação ao valor original.
4. Os dois capacitores terão a mesma diferença de potencial entre suas placas.
5. A energia armazenada no capacitor que permanece no vácuo diminui com relação ao valor original.

Um campo magnético uniforme e estacionário aponta para dentro do plano da página. Uma partícula carregada, movendo-se no plano da página, segue uma espiral no sentido horário de raio decrescente, como mostrado na figura abaixo. Uma explicação razoável para esta trajetória é:

1. A carga da partícula é positiva e sua velocidade está diminuindo.
2. A carga da partícula é positiva e sua velocidade está aumentando.
3. A carga da partícula é negativa e sua velocidade está aumentando.
4. A carga da partícula é negativa e sua velocidade está diminuindo.
5. Não há dados suficientes para dar uma explicação razoável.

Uma placa plana isolante, de espessura desprezível, infinita, possui densidade superficial de carga constante. Um elétron (carga ), inicialmente em repouso, é deslocado lentamente por um agente externo de uma posição inicial, cuja distância à placa é até uma posição final, cuja distância à placa é , e deixado em repouso. Qual é o trabalho realizado pelo agente externo sobre o elétron nesse percurso?

Considere uma espira retangular de lados e () e um fio retilíneo infinito, no mesmo plano da espira. Sabendo que o fio retilíneo é paralelo aos lados longos da espira e que o fio e a espira portam, respectivamente, correntes estacionárias para a direita e no sentido horário, assinale a única opção INCORRETA.

1. A força sobre cada um dos lados curtos da espira é não-nula.
2. A soma vetorial das forças sobre os lados curtos da espira é nula.
3. A soma vetorial das forças sobre os lados longos da espira é nula.
4. As forças sobre os lados longos da espira estão na mesma direção.
5. A força resultante sobre a espira tem direção perpendicular ao fio retilíneo.

Um fio condutor retilíneo tem seção transversal circular de raio , como mostrado na figura abaixo. Uma corrente estacionária de intensidade atravessa o fio com sentido para fora do plano do papel, uniformemente distribuída sobre a seção transversal. Desenha-se então uma curva fechada e orientada na forma de um quadrado inscrito no perímetro dessa seção, com a orientação indicada. Nessa situação, podemos afirmar que a circulação do campo magnético produzido pelo fio ao longo de , dada por , vale:

Duas espiras condutoras circulares, concêntricas, encontram-se sobre um mesmo plano. A primeira espira tem raio e transporta uma corrente estacionária de intensidade . A segunda tem raio e também transporta uma corrente estacionária em sentido oposto ao da primeira. Sabendo que o campo magnético produzido pelas duas espiras é nulo no centro delas, a intensidade da corrente na segunda espira vale:

Um campo magnético uniforme atua apenas sobre uma região do espaço definida por um disco circular de raio e aponta para fora do plano do papel, como mostrado na figura abaixo. Duas partículas idênticas de carga , unidas por uma haste isolante rígida de comprimento , são posicionadas nesta região de forma que o eixo da haste é perpendicular à direção do campo e o centro dela coincide com o centro dessa região, como indicado. Sabendo que a haste encontra-se inicialmente em repouso e que a intensidade do campo magnético aumenta lentamente com o tempo, podemos afirmar que:

1. A haste começará a girar em sentido anti-horário, devido ao torque gerado pela força elétrica.
2. A haste começará a girar em sentido horário, devido ao torque gerado pela força magnética.
3. A haste começará a girar em sentido anti-horário, devido ao torque gerado pela força magnética.
4. A haste permanecerá em repouso, uma vez que a força resultante sobre ela é nula.
5. A haste começará a girar em sentido horário, devido ao torque gerado pela força elétrica.

Considere um solenóide toroidal de seção transversal de raio . Ele é atravessado por uma corrente de intensidade que varia lentamente com o tempo. Considere também três espiras orientadas paralelamente às seções transversais do solenoide: , uma espira circular de raio , , uma espira triangular de lados iguais a e , uma espira quadrada de lado , dispostas no solenóide como mostrado na figura abaixo, envoltas e centralizadas no mesmo. Sejam , e as indutâncias mútuas entre o solenóide e as espiras , e , respectivamente, quando consideradas individualmente. Nessa situação, podemos afirmar que:

Considere duas situações: na primeira, uma espira circular de área é atravessada perpendicularmente por um campo magnético uniforme que oscila periodicamente no tempo de acordo com a curva na figura abaixo (curva cheia), e na segunda situação, a mesma espira é atravessada perpendicularmente por um campo magnético uniforme oscilante descrito pela curva (pontilhada). Podemos afirmar que a maior amplitude do fluxo de campo magnético e a maior amplitude da fem induzida ocorrem, respectivamente, nas situações

5. Não é possível determinar sem conhecer a resistência elétrica da espira.