PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS
Questão 19 do IME 2023

Em dois experimentos, A e B, uma partícula foi fixada à esquerda e outra partícula à direita foi solta com velocidade nula, conforme geometrias apresentadas nas figuras acima. Em cada experimento, mediu-se a velocidade final que a partícula da direita alcançou muito tempo após ser solta.
Observação:
- os movimentos das partículas nos experimentos ocorrem sempre na horizontal e sem a influência da gravidade.
Definindo v_A como a velocidade escalar final da partícula solta no experimento A e v_B como a velocidade escalar final da partícula solta no experimento B, a razão v_A/v_B é
- A16/9
- B\sqrt{2}
- C2
- D4
- E2\sqrt{3}/3
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Resolução comentada
A partícula da esquerda está fixa, então só a da direita se move. Como o sistema é conservativo, a energia potencial elétrica inicial vira energia cinética quando a partícula está muito longe (potencial final nulo).
A energia potencial de duas cargas é U = k\,q_1 q_2/r. Então:
Isolando a velocidade: v=\sqrt{\dfrac{2k\,q_1 q_2}{M\,r}}. Só a massa M da partícula que se move importa, não a da fixa.
-
Experimento A: q_1q_2 = Q\cdot 2Q = 2Q^2, M=2m, r=d:
v_A^2=\frac{2k\cdot 2Q^2}{2m\,d}=\frac{2kQ^2}{m\,d} -
Experimento B: q_1q_2 = Q\cdot 3Q = 3Q^2, M=6m, r=2d:
v_B^2=\frac{2k\cdot 3Q^2}{6m\cdot 2d}=\frac{kQ^2}{2m\,d} -
Razão:
\frac{v_A^2}{v_B^2}=\frac{2}{1/2}=4 \;\Rightarrow\; \frac{v_A}{v_B}=2
Alternativa C.
Pegadinha: A alternativa D engana quem esquece a raiz quadrada, pois v_A^2/v_B^2=4.
Por que as outras alternativas estão erradas
- ANão corresponde a nenhuma razão correta; resulta de erro de potências nas grandezas.
- BErra a razão das energias ou das massas, obtendo v_A^2/v_B^2=2 em vez de 4.
- DEsquece de extrair a raiz quadrada: 4 é a razão entre v_A^2 e v_B^2.
- EUsa a massa da partícula fixa ou erra os fatores de carga e massa.
Assuntos: energia potencial elétrica, conservação de energia.
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Fonte: IME 2023 · Prova objetiva. Prova oficial ↗