PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS
Questão 18 do IME 2019

Um corpo encontra-se com 2/3 de seu volume submerso. Uma de suas extremidades está presa por uma corda a um conjunto de roldanas que suspende uma carga puntiforme submetida a um campo elétrico uniforme. A outra extremidade está presa a uma mola distendida que está fixa no fundo do recipiente. Este sistema se encontra em equilíbrio e sua configuração é mostrada na figura acima. Desprezando os efeitos de borda no campo elétrico, a deformação da mola na condição de equilíbrio é:
Dados:
- a corda e as roldanas são ideais;
- aceleração da gravidade: g;
- massa específica do fluido: \rho;
- massa específica do corpo: 2\rho;
- constante elástica da mola: k;
- volume do corpo: V;
- intensidade do campo elétrico uniforme: E;
- massa da carga elétrica: m; e
- carga elétrica: + q.
- A\frac{g}{k}\left(\frac{m}{2} - \frac{4\rho V}{3}\right) + \frac{qE}{2k}
- B\frac{g}{k}\left(\frac{3m}{2} - \frac{4\rho V}{3}\right) + \frac{3qE}{2k}
- C\frac{g}{3k}(m - 4\rho v + qE) + \frac{qE}{k}
- D\frac{g}{k}\left(\frac{mg}{2} - \frac{4\rho V}{3}\right) + \frac{qE}{2k}
- E\frac{mg}{k}\left(\frac{qE}{d} - \frac{2\rho V}{3}\right)
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Resolução comentada
Primeiro, a carga. Sobre ela agem para baixo o peso mg e a força elétrica qE, pois q é positiva e E aponta para baixo. A carga está pendurada na roldana móvel da direita, sustentada por dois trechos de corda. Logo, a tração nessa corda é T_1=\frac{mg+qE}{2}.
Essa corda passa pela roldana fixa e chega ao conjunto da esquerda, que tem duas roldanas móveis (uma fixa e uma móvel ligadas por cordas). Pela figura, a tração T_1 é transmitida e a roldana móvel inferior, presa ao corpo, é sustentada por 3 trechos de corda. A força que o conjunto exerce sobre o corpo é então T=3T_1=\frac{3(mg+qE)}{2}.
Agora o corpo. Seu peso é P=2\rho Vg. O empuxo, com 2/3 do volume submerso, é E_m=\rho\cdot\frac{2V}{3}\cdot g=\frac{2\rho Vg}{3}.
A mola está distendida, então puxa o corpo para baixo com kx. Equilíbrio das forças verticais:
Dividindo por k:
Isso coincide com a alternativa B.
Alternativa B.
Por que as outras alternativas estão erradas
- Ausa vantagem mecânica 1 (tração (mg+qE)/2) em vez de 3 trechos de corda no conjunto da esquerda.
- Ccombina os termos de forma incoerente, com v minúsculo, e não reproduz o equilíbrio de forças.
- Dalém de usar fator errado na tração, tem inconsistência dimensional (mg multiplicado por g).
- Eexpressão dimensionalmente incoerente, com d que não consta nos dados.
Assuntos: Equilíbrio do ponto material, Força elástica e lei de Hooke, Empuxo e princípio de Arquimedes.
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Fonte: IME 2019 · Prova objetiva. Prova oficial ↗