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prova de física 3

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Page 1: 1a_prova_gabarito_2k_

UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E DA NATUREZA

DEPARTAMENTO DE FÍSICA Física L3 – 2014.2

+4 -6

I II III

1ª Prova (23/10/14)

1. (3,0) Quatro cargas pontuais possuem

mesmo módulo Q, sendo 3 delas positivas e

uma delas negativa, como mostrado na figura. As cargas estão fixas e igualmente separadas das cargas

adjacentes pela distância d. (a) Determine o módulo da força resultante sobre cada carga devido às outras 3

cargas. Em qual das cargas a força elétrica resultante é mais forte? (b) Calcule o valor desta força máxima

em módulo, direção e sentido. (Obs. Dê sua resposta em termos de k, Q e d).

2. (4.0) A figura mostra dois planos infinitos não-condutores, muito próximos um

do outro, com densidades superficiais de cargas +4 and -6. Utilizando o

resultado da lei de Gauss determine os campos elétricos (módulo, direção e

sentido) nas regiões: (a) I; (b) II e (c) III; (d) Desenhe as linhas de campo em todas

as regiões.

3. (3,0) Suponha que o potencial elétrico varia ao longo do eixo x como mostrado na figura ao lado. O

potencial não varia nas direções y ou z. Ignore os comportamentos nos fins

dos intervalos (x = 0 m e 0,7 m). (a) Determine o intervalo em que a

componente x do campo elétrico, Ex, tem o seu maior valor. (b) Faça um

gráfico mostrando o comportamento de Ex em função de x. (c) Discuta que

tipo de distribuição de cargas produziria estas mudanças no potencial e

onde elas estariam localizadas.

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E DA NATUREZA

DEPARTAMENTO DE FÍSICA Física L3 – 2014.2

+

+

+

+

+

-

-

-

-

-

-6 4 E4

E-6 E-6

E4 E4

E-6

I II III

Gabarito

Q1.

(a) 2

2

2

2

2

2

2

2

36

41

)2()3( d

Qk

d

Qk

d

Qk

d

QkFA

2

2

2

2

2

2

2

2

4

1

)2( d

Qk

d

Qk

d

Qk

d

QkFB

2

2

2

2

2

2

2

2

4

9

)2( d

Qk

d

Qk

d

Qk

d

QkFC , Máxima!

2

2

2

2

2

2

2

2

36

49

)2()3( d

Qk

d

Qk

d

Qk

d

QkFD

A força resultante máxima ocorre sobre a carga C.

(b) As forças devido às cargas A, B e D, sobre C, apontam para a direita.

id

QkFC

ˆ4

92

2

Q2.

A figura ao lado mostra as contribuições dos campos elétricos

gerados pelos planos de carga +4 e -6. Como são campos

gerados por planos infinitos não condutores, os módulos são:

00

4

2

2

4

E e

00

6

3

2

6

E . Portanto,

(a) O campo na região I é:

iEEEIˆ

0

46

(b) O campo na região II é:

iEEEIIˆ5

0

46

(c) O campo na região III é:

iEEEIIIˆ

0

46

(d) A distribuição de linhas de campo fica

FAD

FAB

FAC

FBD

FBA

FBC

FCD

FCB

FCA

FDC

FDB

FDA

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-6 4 EI EII EIII

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E DA NATUREZA

DEPARTAMENTO DE FÍSICA Física L3 – 2014.2

Q3. O campo será dado pela expressão: dx

dVEx , que corresponde à inclinação do gráfico V(x) ×x.

a)

V/cm 3,1315,0

2

015,0

861

E

V/cm 0,01,0

0

15,025,0

662

E

V/cm 7,535,0

2

25,06,0

683

E

V/cm 701,0

7

6,07,0

814

E . O intervalo 4 apresenta a maior inclinação e portanto o maior campo

elétrico.

b) O gráfico do campo elétrico é:

c) Planos condutores de cargas podem reproduzir esta distribuição de campos elétricos

Observem que as densidades superficiais de cargas são diferentes.

0 V/cm

0,15 0,25 0,6 0,7

Ex

x

70 V/cm

-5,7 V/cm

13,3 V/cm

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

0,15 0,25 0,60

E=13,3 V/cm E=0 V/cm E=-5,7 V/cm E= 70 V/cm