Questão 3 (Física) da 2ª fase do IME 2022

Considere um meio hipotético onde os corpos \text{C}_\text{A}, \text{C}_\text{B} e \text{C}_\text{C}, todos de massa m, estão fixados no espaço conforme mostra a Figura 1 e, inicialmente, carregados eletricamente com cargas Q_\text{A} = + 5\text{ C}; Q_\text{B} = - 5\text{ C}; e Q_\text{C} = + 30\text{ C}, respectivamente. O corpo \text{C}_\text{B} está na extremidade de uma barra feita com material isolante. Um dispositivo eletrônico controla a quantidade de cargas elétricas positivas em \text{C}_\text{A}, por meio de injeção de corrente no corpo.

Dados:

• aceleração da gravidade: g = 10\text{ m/s}^2; e
• massa dos corpos: m = 0{,}2\text{ kg}.

Considerações:

• o fluxo positivo de corrente do gráfico da Figura 2 indica que cargas positivas são injetadas em \text{C}_\text{A}; e
• a mola tem por objetivo manter a barra sempre na posição vertical.

Diante do exposto, determine:

a) a constante eletrostática do meio, sabendo que nas condições iniciais, a força de compressão na barra é 4 N.

Considere agora que o dispositivo eletrônico comece a operar, injetando corrente no corpo \text{C}_\text{A} (conforme gráfico da Figura 2) até que a tração na barra seja 0 (zero). Para as novas condições de funcionamento, determine:

b) o novo valor da carga Q_\text{A}; e

c) o tempo necessário para o sistema chegar a este novo ponto de operação.