Em um laboratório de uma escola pública, estudantes analisam um sistema para manter uma micropartícula…
Publicado por Alexandre Lombardi dos Santos, fundador do GeraProva
Avaliar os benefícios e os riscos à saúde e ao ambiente, considerando a composição, a toxicidade e a reatividade de diferentes materiais e produtos, como também o nível de exposição a eles, posicionando-se criticamente e propondo soluções individuais e/ou coletivas para seus usos e descartes responsáveis.
Fonte: Base Nacional Comum Curricular (MEC).Questão
Em um laboratório de uma escola pública, estudantes analisam um sistema para manter uma micropartícula plástica suspensa entre duas placas metálicas horizontais. A partícula tem massa m = 2,0 × 10^-9 kg e carga elétrica positiva q = +4,0 × 10^-12 C. As placas estão separadas por d = 0,040 m e podem produzir, entre si, um campo elétrico uniforme de módulo E = V/d, em que V é o módulo da diferença de potencial aplicada. Para suspender a partícula, o campo deve apontar para cima, de modo que a força elétrica equilibre seu peso. Considere g = 10 m/s² e despreze a resistência do ar. Com base nas informações do texto, qual deve ser o menor módulo da diferença de potencial V entre as placas para manter a partícula em equilíbrio?
- A) V_min = 20 V
- B) V_min = 200 V
- C) V_min = 5.000 V
- D) V_min = 800 V
- E) V_min = 50 V
✅ Resposta correta: alternativa B
Resolução passo a passo
- Identifique as forças sobre a partícula. Ela está em equilíbrio, então a força elétrica para cima deve ser igual ao peso para baixo. Como a carga é positiva e o campo aponta para cima, a força elétrica também aponta para cima.
- Calcule o peso: P = m·g = 2,0 × 10^-9 kg · 10 m/s² = 2,0 × 10^-8 N.
- Iguale a força elétrica ao peso: q·E = m·g, logo E = m·g / q = 2,0 × 10^-8 N / 4,0 × 10^-12 C = 5.000 N/C.
- Use a relação E = V/d para obter a diferença de potencial: V = E·d = 5.000 N/C · 0,040 m = 200 V.
- Conclusão: o menor módulo da diferença de potencial para manter a partícula suspensa é 200 V, o que corresponde à alternativa B, que coincide com o gabarito oficial.
- Por que as outras estão erradas: a alternativa A (20 V) resulta de usar d como 0,004 m em vez de 0,040 m; a alternativa C (5.000 V) é o valor do campo E, esquecendo de multiplicar por d; a alternativa D (800 V) surge de um erro no cálculo do campo ou da força, que quadruplica o resultado; a alternativa E (50 V) surge de dividir o campo ou a força por 4 indevidamente.
💡 Dica: Calcule a força elétrica e iguale ao peso para encontrar a tensão.
Alternativa por alternativa
O aluno provavelmente leu a distância como 0,004 m em vez de 0,040 m, ou multiplicou o campo por uma distância incorreta, obtendo 5.000 × 0,004 = 20 V.
No equilíbrio, a força elétrica deve ter módulo igual ao peso: qE = mg. Como E = V/d, resulta qV/d = mg, portanto V = mgd/q. Substituindo os dados: V = (2,0 × 10^-9 × 10 × 0,040)/(4,0 × 10^-12) = 200 V. Como a partícula tem carga positiva, o campo deve estar orientado para cima.
O aluno calculou corretamente o campo elétrico E = 5.000 N/C, mas tomou esse valor como a diferença de potencial, esquecendo que V = E·d.
Por que engana: O aluno pode confundir a relação entre a força elétrica e o peso, calculando a tensão sem considerar a direção correta do campo elétrico.
O aluno cometeu um erro numérico na força ou no campo, por exemplo multiplicando por 4 em vez de dividir pela carga, chegando a 800 V.
O aluno errou na razão entre peso e carga, dividindo o resultado por 4 indevidamente (campo de 1.250 N/C), e depois multiplicou por d, chegando a 50 V.
Raio-X da questão
força elétrica e peso
avaliacao
força elétrica e peso · campo elétrico
Revisar a relação entre força elétrica e peso em campos elétricos.
O aluno pode confundir a relação entre a força elétrica e o peso, calculando a tensão sem considerar a direção correta do campo elétrico.
ciencia_tecnologia
pensamento_critico
cientifico
Questões parecidas com resolução
- Em um precipitador eletrostático para partículas perigosas, uma partícula tem massa m = 8,0×10?¹³ kg e carga q =…
- Em um sistema de desinfecção por nebulização, gotículas carregadas com q = +5,0×10^-12 C e massa m = 2,0×10^-9 kg…
- Em um experimento de eletrostática, uma microesfera isolante é carregada e mantida no vácuo. Como a esfera é muito…
- Em um experimento didático, duas placas metálicas paralelas e horizontais são mantidas a uma diferença de potencial de…
- Em uma aula de laboratório de Física, para estudar propriedades de cargas elétricas, foi realizado um experimento em que…
- Duas placas circulares paralelas, raio R = 0,10 m e separação d = 1,5×10^-3 m, são carregadas com ±Q, onde Q = 4,0×10^-6…
Todas as questões de Potencial Elétrico e Trabalho da Força Elétrica
🔎 Procurar outra questão
Procure no banco do GeraProva pelo tema ou por um trecho do enunciado. Cada questão já vem com resolução comentada e a análise de cada alternativa.
Professor: monte a prova com questões como esta, com gabarito e folha de respostas, em 30 segundos. Ver planos · Blog