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Fuvest · Física

Questões de Eletrostática da Fuvest

13 questões oficiais da Fuvest sobre Eletrostática, de 2007 a 2024, com gabarito e resolução comentada. Dificuldade estimada: 4 fáceis, 8 médias, 1 difícil.

Treine Eletrostática com 13 questões da Fuvest

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5 questões de Eletrostática resolvidas

Questão 1 · Fuvest 2023 · Questão 66média

O Brasil é o país recordista mundial em queda de raios, com uma estimativa de mais de 70 milhões de eventos desse tipo por ano.

Uma descarga elétrica dessas pode envolver campos elétricos da ordem de dez kilovolts por metro e um deslocamento de 30 coulombs de carga em um milésimo de segundo.

Com base nessas estimativas e assumindo o campo elétrico como sendo constante, a potência associada a um raio de 100 m de comprimento corresponde a:

  1. A

    30 GW

  2. B

    3 GW

  3. C

    300 MW

  4. D

    30 MW

  5. E

    3 MW

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Gabarito: A

A potência é a energia transferida dividida pelo tempo.

1. Diferença de potencial ao longo do raio

Com campo constante: U = E × d = 10 000 V/m × 100 m = 106 V

2. Energia transferida pela carga

W = q × U = 30 C × 106 V = 3 × 107 J

3. Potência

P = W ÷ t = 3 × 107 J ÷ 10−3 s = 3 × 1010 W = 30 GW

Resposta: A

Por que as outras atraem: quem esquece de multiplicar pelo comprimento de 100 m (usa só 10 kV) chega a 300 MW (C); quem erra uma potência de 10 no tempo cai em B ou D.

Dica: em campo uniforme, U = E·d; e a potência elétrica pode ser escrita como P = U·i, com i = q/t (aqui, 30 C em 1 ms = 30 000 A).

Questão 2 · Fuvest 2017 · Questão 67média

Imagem da questão

Um objeto metálico, X, eletricamente isolado, tem carga negativa 5,0 × 10−12 C. Um segundo objeto metálico, Y, neutro, mantido em contato com a Terra, é aproximado do primeiro e ocorre uma faísca entre ambos, sem que eles se toquem. A duração da faísca é 0,5 s e sua intensidade é 10−11 A. No final desse processo, as cargas elétricas totais dos objetos X e Y são, respectivamente,

  1. A

    zero e zero.

  2. B

    zero e − 5,0 × 10−12 C.

  3. C

    − 2,5 × 10−12 C e − 2,5 × 10−12 C.

  4. D

    − 2,5 × 10−12 C e + 2,5 × 10−12 C.

  5. E

    + 5,0 × 10−12 C e zero.

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Gabarito: A

1. Carga transportada pela faísca:
Q = i × Δt = 10−11 × 0,5 = 5,0 × 10−12 C

Essa é exatamente a carga negativa que X tinha. Portanto, X perde todos os elétrons em excesso e fica com carga zero.

2. E o objeto Y? Ele está ligado à Terra. Os elétrons que chegam a ele escoam para o solo, e Y continua neutro.

Resposta: A (zero e zero).

Por que as outras atraem: B esquece o aterramento de Y e supõe que ele guarda os elétrons; C imagina que a carga se divide igualmente, o que só valeria para esferas iguais em contato e isoladas.

Dica: corpo aterrado não acumula carga por condução; a Terra recebe ou fornece os elétrons. E carga transportada é sempre i × Δt.

Questão 3 · Fuvest 2013 · Questão 17fácil

Um raio proveniente de uma nuvem transportou para o solo uma carga de 10 C sob uma diferença de potencial de 100 milhões de volts. A energia liberada por esse raio é

Imagem da questão
  1. A

    30 MWh.

  2. B

    3 MWh.

  3. C

    300 kWh.

  4. D

    30 kWh.

  5. E

    3 kWh.

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Gabarito: C

A energia transferida por uma carga q submetida a uma diferença de potencial U é E = q × U.

E = 10 C × 100 × 106 V = 109 J

Convertendo com o dado do "Note e adote" (1 J = 3 × 10−7 kWh):

109 × 3 × 10−7 = 300 kWh

Resposta: C

Por que as outras atraem: errar uma potência de 10 na conversão leva a 3 MWh ou 30 kWh.

Dica: 1 kWh = 3,6 × 106 J. Um raio enorme libera "só" algumas centenas de kWh, o consumo de uma casa em um ou dois meses.

Questão 4 · Fuvest 2013 · Questão 19média

A energia potencial elétrica U de duas partículas em função da distância r que as separa está representada no gráfico da figura abaixo.

Imagem da questão

Uma das partículas está fixa em uma posição, enquanto a outra se move apenas devido à força elétrica de interação entre elas. Quando a distância entre as partículas varia de ri = 3 x 10-10 m a rf = 9 x 10-10 m, a energia cinética da partícula em movimento

  1. A

    diminui 1 x 10-18 J.

  2. B

    aumenta 1 x 10-18 J.

  3. C

    diminui 2 x 10-18 J.

  4. D

    aumenta 2 x 10-18 J.

  5. E

    não se altera.

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Gabarito: D

Só a força elétrica realiza trabalho, então a energia mecânica se conserva: o que a energia potencial perde, a cinética ganha.

1. Ler U no gráfico (U em 10−18 J, r em 10−10 m). A curva é do tipo U = k/r: em r = 2, U ≈ 4,5; logo k ≈ 9.
- ri = 3: Ui = 9 ÷ 3 = 3 × 10−18 J
- rf = 9: Uf = 9 ÷ 9 = 1 × 10−18 J (o gráfico confirma: perto de 1 em r = 9)

2. Variação:
ΔU = 1 − 3 = −2 × 10−18 J
ΔEc = −ΔU = +2 × 10−18 J

A energia cinética aumenta 2 × 10−18 J (as cargas se repelem e a partícula ganha velocidade ao se afastar).

Resposta: D

Dica: com só forças conservativas, ΔEc = −ΔU. Se a potencial desce no gráfico, a cinética sobe na mesma quantidade.

Questão 5 · Fuvest 2007 · Questão 16média

Duas barras isolantes, A e B, iguais, colocadas sobre uma mesa, têm em suas extremidades, esferas com cargas elétricas de módulos iguais e sinais opostos. A barra A é fixa, mas a barra B pode girar livremente

Imagem da questão

em torno de seu centro O, que permanece fixo. Nas situações I e II, a barra B foi colocada em equilíbrio, em posições opostas. Para cada uma dessas duas situações, o equilíbrio da barra B pode ser considerado como sendo, respectivamente,

Imagem da questão
  1. A

    indiferente e instável.

  2. B

    instável e instável.

  3. C

    estável e indiferente.

  4. D

    estável e estável.

  5. E

    estável e instável.

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Gabarito: E

Use a definição do quadro: o equilíbrio é estável se, depois de um pequeno giro, a barra B tende a voltar; instável se tende a se afastar.

Situação I: sob cada esfera de A está uma esfera de B com o mesmo sinal (– sob –, + sob +), e elas se repelem. Gire B um pouco: uma ponta se aproxima da esfera de mesmo sinal em A e é empurrada de volta; a outra se afasta. A força tende a recolocar a barra na posição inicial: estável.

Situação II: agora cada esfera de B está sob uma esfera de sinal oposto, e elas se atraem. Com um pequeno giro, a ponta que se aproxima da esfera de A passa a ser atraída ainda mais e a barra gira cada vez mais: instável.

Resposta: E (estável e instável).

Por que as outras atraem: a intuição de que atração "segura" a barra leva a marcar II como estável; mas a atração cresce quando a distância diminui, o que afasta a barra do equilíbrio.

Dica: para classificar um equilíbrio, imagine um pequeno deslocamento e veja se a força resultante aponta de volta (estável) ou para longe (instável).