Unicamp, Física 3, 2019.2, P1, Questão 3.
Uma grande camada esférica metálica está inicialmente descarregada. Ela está apoiada sobre um suporte isolante e tem um pequeno orifício na parte superior. Uma pequena tachinha metálica carregada com carga é baixada por um fio de seda através do orifício, até tocar o interior da camada. Qual é a carga da superfície externa da camada?
a)
b)
c)
d)
e)
Passo 1
Nessa questão, como a camada é metálica, as cargas podem se mover por ela quase livremente.
Então vamos pensar, passo a passo, o que acontece conforme a tachinha é baixada.
Inicialmente, a esfera tem carga nula, porque as cargas positivas e negativas estão distribuídas igualmente:
Passo 2
Conforme a tachinha, com carga positiva, entra na esfera, ela atrai as cargas negativas e repele as cargas positivas. Dá uma olhada no desenho:
Ou seja, a superfície externa fica positivamente carregada, e a superfície interna fica negativamente carregada.
Passo 3
Mas o que acontece quando a tachinha toca a esfera? Aí as cargas podem transitar livremente entre a tachinha e a esfera!
Nesse caso, o excesso de carga vai se distribuir ao longo da esfera, e vai se acumular na superfície externa:
Mas porque as cargas se acumulam na superfície externa?
Simplesmente porque, como essas cargas positivas (que juntas somam ) se repelem, elas vão se afastar o máximo possível uma da outra: esse máximo acontece quando elas estão distribuídas na superfície externa.
Então a superfície externa fica com uma carga .
Resposta
Alternativa (a).