Em uma aula de laboratório de Física, para estudar propriedades de cargas elétricas, foi realizado um…
Publicado por Alexandre Lombardi dos Santos, fundador do GeraProva
Elaborar explicações, previsões e cálculos a respeito dos movimentos de objetos na Terra, no Sistema Solar e no Universo com base na análise das interações gravitacionais, com ou sem o uso de dispositivos e aplicativos digitais (como softwares de simulação e de realidade virtual, entre outros).
Fonte: Base Nacional Comum Curricular (MEC).Questão
Em uma aula de laboratório de Física, para estudar propriedades de cargas elétricas, foi realizado um experimento em que pequenas esferas eletrizadas são injetadas na parte superior de uma câmara, em vácuo, onde há um campo elétrico uniforme na mesma direção e sentido da aceleração local da gravidade. Observou-se que, com campo elétrico de módulo igual a 2 x 10³ V/m, uma das esferas, de massa 3,2 x 10?¹5 kg, permanecia com velocidade constante no interior da câmara. Essa esfera tem [FUVEST 2015 - Questão 62] FUVEST - 2015
- A) o mesmo número de elétrons e de prótons.
- B) 100 elétrons a mais que prótons.
- C) 100 elétrons a menos que prótons.
- D) 2000 elétrons a mais que prótons.
- E) 2000 elétrons a menos que prótons.
✅ Resposta correta: alternativa B
Resolução passo a passo
- Como a esfera se move com velocidade constante, a força resultante sobre ela é zero. Logo, a força elétrica tem a mesma intensidade do peso e sentido oposto a ele. Passo 2: O campo elétrico aponta para baixo, no mesmo sentido da gravidade. Uma carga positiva sofreria força para baixo, somando-se ao peso, o que não permitiria equilíbrio. Para que a força elétrica aponte para cima, a carga deve ser negativa (excesso de elétrons). Passo 3: Igualando as intensidades: |q|·E = m·g. Com g = 10 m/s² (adotado usualmente nessa prova), o peso vale P = 3,2 x 10^-15 x 10 = 3,2 x 10^-14 N. Passo 4: Então |q| = P / E = 3,2 x 10^-14 / 2 x 10^3 = 1,6 x 10^-17 C. Passo 5: Número de cargas elementares: n = |q| / e = 1,6 x 10^-17 / 1,6 x 10^-19 = 100. Passo 6: Como a carga é negativa, a esfera tem 100 elétrons a mais que prótons, o que corresponde à alternativa B. Passo 7: A alternativa A está errada, pois a esfera está eletrizada e não neutra. A alternativa C está errada porque a carga seria positiva, com força elétrica para baixo. A alternativa D está errada porque o valor 2000 é o próprio módulo do campo, e não o número de elétrons. A alternativa E combina o sinal correto com o número errado. O gabarito oficial B está correto; com g = 9,8 m/s² o resultado seria cerca de 98 elétrons, ainda compatível com 100.
💡 Dica: Use a condição de equilíbrio de forças para determinar a carga da esfera.
Alternativa por alternativa
O aluno acredita que, como a esfera tem velocidade constante, não há força elétrica atuando e, portanto, ela não tem carga líquida, sendo neutra. Ele confunde equilíbrio de forças com ausência de carga.
Por que engana: O aluno pode confundir a relação entre a força elétrica e a força gravitacional, levando a um cálculo incorreto do número de elétrons.
Incorreta. 100 elétrons a mais não equilibrariam a força gravitacional.
O aluno calcula corretamente a magnitude de 100 cargas elementares, mas erra o sinal: supõe que a carga é positiva, esquecendo que a força elétrica sobre uma carga positiva tem o mesmo sentido do campo, isto é, para baixo, o que não permitiria equilíbrio.
O aluno calcula a carga corretamente, mas na última etapa usa o valor do campo elétrico (2000) como se fosse o número de cargas elementares, sem dividir a carga total pela carga do elétron.
O aluno identifica corretamente que a carga é negativa, mas, como em D, toma 2000 como número de elétrons em vez de calcular 1,6 x 10^-17 / 1,6 x 10^-19 = 100.
Raio-X da questão
campo elétrico, força elétrica, equilíbrio
avaliacao
força elétrica · equilíbrio de forças
Revisar conceitos de força elétrica e equilíbrio de forças em campo elétrico.
O aluno pode confundir a relação entre a força elétrica e a força gravitacional, levando a um cálculo incorreto do número de elétrons.
ciencia_tecnologia
pensamento_critico
cientifico
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