Duas cargas puntiformes e são mantidas fixas a uma distância de . Uma carga , de massa igual a , está inicialmente localizada a de cada uma dessas cargas, como mostra a figura abaixo e é libertada do repouso. Você verifica que a aceleração inicial de é da esquerda para a direita, paralela à linha que liga as duas cargas puntiformes. Dada essa situação, encontre os valores de e .
Passo 1
Neste exercício, a gente precisa descobrir primeiro para onde está apontando a força resultante . A gente sabe que está apontando na direção e sentido da aceleração , pois, a partir da segunda Lei de Newton, temos o seguinte:
sendo a massa da partícula carregada negativamente . Isso está representado no figura abaixo. Aqui não vai entrar a força peso pois é como se as cargas estivessem todas no mesmo plano, então não vai ter ação da gravidade, beleza?
Também dessa figura, você consegue perceber que a carga deve ser negativa e a positiva, pois a soma vetorial tem que resultar em um vetor apontando na direção e sentido da aceleração resultante .
Além disso, como a força resultante é paralela a linha que une as cargas e , o módulo das forças e devem ser iguais, ou seja, devemos ter que
que representamos na figura também. Isso também significa que temos também , tranquilo?? Ou seja, essas duas cargas tem sinais contrários e mesmo módulo!
Um aspecto que é importante você reparar é o seguinte: a força resultante que vamos considerar é a força inicial no instante inicial em que a carga é liberada, porque depois desse instante, a força muda de valor, já que a distância entre e as outras cargas vai mudar e, consequentemente, a aceleração também vai ser outra. Blz? Por isso o exercício tomou o cuidado de dizer aceleração inicial no ponto onde a carga negativa está.
Passo 2
Mas, então, como fica o módulo da força resultante nesse caso? Lá da figura, você percebe que, colocando junto com a segunda Lei de Newton, o módulo da força resultante é igual a
Agora, usando um pouco de trigonometria, a gente vê que
Substituindo na expressão acima e isolando a carga , temos
Colocando os valores fornecidos pelo enunciado, obtemos que
o que nos mostra que