PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS
Questão 26 do IME 2018
Duas partículas A e B, carregadas eletricamente com mesmos valores de cargas positivas, partem da origem em velocidade nula no instante t = 0, e têm suas componentes de aceleração em relação aos eixos X e Y regidas pelas seguintes equações temporais:
Partícula A: \begin{cases} a_x(t) = \cos(t) \\ a_y(t) = \sen(t) \end{cases}
Partícula B: \begin{cases} a_x(t) = -\cos(t) \\ a_y(t) = \sen(t) - \cos(t) \end{cases}
O instante t_{\min} , onde 0 \le t_{\min} < 2\pi, em que a força de repulsão entre as cargas é mínima é
- A\frac{3}{2}\pi
- B\frac{1}{4}\pi
- C\frac{1}{2}\pi
- D\frac{3}{4}\pi
- E\pi
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Resolução comentada
A força de repulsão é inversamente proporcional ao quadrado da distância, então ela é mínima quando a distância entre as partículas é máxima. Para achar a posição, integramos a aceleração duas vezes, com v(0)=0 e posição inicial na origem.
Partícula A:
- v_x = \sen t e v_y = 1-\cos t.
- x_A = 1-\cos t e y_A = t-\sen t.
Partícula B:
- v_x = -\sen t e v_y = -\cos t - \sen t + 1.
- x_B = \cos t - 1 e y_B = -\sen t + \cos t + t - 1.
Na integração de v_y de B: \int(\sen t-\cos t)\,dt = -\cos t-\sen t + C, e com v_y(0)=0 temos C=1. Integrando de novo: y_B = -\sen t + \cos t + t + C', com y_B(0)=0 temos C'=-1. Confere.
Diferença de posição:
- \Delta x = x_A - x_B = 2 - 2\cos t
- \Delta y = y_A - y_B = t - \sen t - (-\sen t + \cos t + t - 1) = 1-\cos t
A distância ao quadrado é
O valor máximo ocorre quando \cos t = -1, isto é, t=\pi, com d = 2\sqrt5. Nesse instante a distância é máxima e a força de repulsão é mínima.
Alternativa E.
Por que as outras alternativas estão erradas
- AEm t=3\pi/2, \cos t=0, então d é apenas intermediária.
- BEm t=\pi/4 a distância ainda é pequena, perto do mínimo, o que daria força grande.
- CEm t=\pi/2, \cos t=0, então d não é máxima.
- DEm 3\pi/4, \cos t=-\sqrt2/2, então 1-\cos t<2 e a distância não é máxima.
Assuntos: Cinemática vetorial e composição de movimentos, Força elétrica e lei de Coulomb.
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Fonte: IME 2018 · Prova objetiva. Prova oficial ↗