Uma esfera metálica de massa m e carga elétrica +q descansa sobre um piso horizontal isolante, em uma região…
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
Uma esfera metálica de massa m e carga elétrica +q descansa sobre um piso horizontal isolante, em uma região em que há um campo elétrico uniforme e também horizontal, de intensidade E, conforme mostrado na figura. Em certo instante, com auxílio de uma barra isolante, a esfera é erguida ao longo de uma linha vertical, com velocidade constante e contra a ação da gravidade, a uma altura total h, sem nunca abandonar a região de campo elétrico uniforme. [IMAGEM] Ao longo do movimento descrito, os trabalhos realizados pela força gravitacional e pela força elétrica sobre a esfera são, respectivamente: [FUVEST 2021 - Questão 54] FUVEST - 2021
- A) mgh e qEh
- B) -mgh e 0
- C) 0 e -qEh
- D) -mgh e -qEh
- E) mgh e 0
✅ Resposta correta: alternativa B
Resolução passo a passo
- A esfera sobe com velocidade constante, então a força resultante sobre ela é nula. A barra aplica uma força para cima que equilibra o peso. Passo 2: O trabalho de uma força é T = F·d·cos(theta), em que theta é o ângulo entre a força e o deslocamento. O deslocamento é vertical, de altura h. Passo 3: O peso (mg, para baixo) tem sentido oposto ao deslocamento (para cima), logo theta = 180 graus e cos(theta) = -1. Assim, o trabalho da força gravitacional é -mgh. Passo 4: O campo elétrico é horizontal, então a força elétrica também é horizontal. Como o deslocamento é vertical, theta = 90 graus e cos(theta) = 0. Logo, o trabalho da força elétrica é zero. Passo 5: Por que as outras alternativas estão erradas: A) trata o trabalho do peso como positivo e atribui trabalho à força elétrica, que é perpendicular ao deslocamento. C) afirma que o peso não realiza trabalho e que a força elétrica realiza trabalho negativo, ambos incorretos. D) acerta o sinal do trabalho do peso, mas atribui trabalho negativo à força elétrica, que não realiza trabalho nessa trajetória. E) acerta o trabalho elétrico nulo, mas considera positivo o trabalho do peso, que se opõe ao movimento.
💡 Dica: Analise as forças e calcule o trabalho realizado por cada uma ao longo do deslocamento vertical.
Alternativa por alternativa
Considera o trabalho do peso positivo, esquecendo que ele atua para baixo enquanto a esfera sobe. Também supõe que a força elétrica horizontal realiza trabalho sobre um deslocamento vertical.
Por que engana: Confundir o trabalho da força elétrica com o trabalho da força gravitacional, considerando que a esfera se move verticalmente e a força elétrica atua horizontalmente.
CORRETA. O trabalho gravitacional é negativo e o elétrico é zero, pois não há deslocamento na direção do campo.
Acredita que o peso não realiza trabalho porque a velocidade é constante, confundindo ausência de variação de velocidade com ausência de trabalho. Também julga que a força elétrica, por se opor ao movimento, realiza trabalho negativo, sem verificar a direção dela.
Interpreta corretamente o sinal do peso, mas acha que a força elétrica se opõe à elevação da esfera e, por isso, realiza trabalho negativo. Não percebe que a força elétrica é perpendicular ao deslocamento vertical.
Acerta que a força elétrica não realiza trabalho, mas trata o trabalho do peso como positivo, esquecendo que o peso atua no sentido contrário ao deslocamento.
Raio-X da questão
trabalho de forças, campo elétrico
avaliacao
trabalho de forças · campo elétrico
Revisar conceitos de trabalho de forças e interação de cargas em campo elétrico.
Confundir o trabalho da força elétrica com o trabalho da força gravitacional, considerando que a esfera se move verticalmente e a força elétrica atua horizontalmente.
ciencia_tecnologia
pensamento_critico
cientifico
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