Ano 2021#eletrostatica#equilibrio-estatico#forcas

Sobre o tema

Este problema de eletrostática e equilíbrio estático combina forças elétricas e mecânicas em um sistema com roldanas e barras articuladas. A questão exige aplicar conceitos de força elétrica entre cargas opostas, tensão em fios inextensíveis e equilíbrio de forças em objetos suspensos. É comum em vestibulares como o IME integrar eletricidade e mecânica, testando a capacidade de decompor forças e usar relações geométricas. A resolução envolve calcular a distância entre as cargas a partir do comprimento do fio e da geometria do sistema, para então determinar a força elétrica pela Lei de Coulomb.

Tópicos relacionados

  • Lei de Coulomb
  • Equilíbrio de forças em roldanas
  • Decomposição de forças em barras
  • Geometria de sistemas articulados
  • Cálculo de distâncias por comprimento de fio

Enunciado

O sistema da figura acima e composto por duas barras articuladas B1 e B2, uma roldana R e um fio inextensivel, todos de massa desprezivel, e dois objetos carregados eletricamente O1 e O2. O1 e O2 estao fixados cada um a uma extremidade livre do fio e tambem a extremidade livre de B1 e B2, respectivamente. O sistema encontra-se em equilibrio e esta estatico na posicao mostrada na figura.
Dados: comprimento total do fio = 31 m; massa de O1 = 4 kg; massa de O2 = 12 kg; g = 10 m/s^2. Os objetos O1 e O2 estao carregados eletricamente com cargas opostas; as dimensoes de O1, O2 e da roldana sao despreziveis; B1 e B2 estao paralelas ao eixo horizontal.
Diante do exposto, o modulo da forca eletrica entre os objetos O1 e O2, em N, e aproximadamente: [Figura do sistema com barras articuladas e roldana]

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Perguntas frequentes

Como calcular a força elétrica entre duas cargas opostas?

Use a Lei de Coulomb: F = k |q1q2| / r^2, onde k é a constante eletrostática, q1 e q2 são as cargas e r a distância entre elas.

O que é um fio inextensível e como ele afeta o equilíbrio?

Um fio inextensível não estica, transmitindo tensão constante ao longo de seu comprimento. Em equilíbrio, a tensão é a mesma em todos os pontos do fio, desde que a roldana seja ideal.

Como a geometria do sistema influencia a distância entre as cargas?

A distância é determinada pelo comprimento do fio e pela disposição das barras e roldanas. Neste caso, o fio forma dois segmentos verticais e um horizontal, e a distância entre as cargas é o comprimento do segmento horizontal.

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