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(Simulado ITA) Lei de Coulomb

Enviado: 18 Fev 2022, 18:48
por Santino
Três cargas puntiformes +Q1, +Q2 e +Q3 encontram-se fixas e alinhadas num plano horizontal sem atrito, como no esquema abaixo. Sabe-se que qualquer carga +q permanece em equilíbrio quando abandonada nesse plano horizontal, num certo ponto P, localizado a uma distancia D de carga -Q3.

A partir dessas informações, com base na lei de Coulomb, expresse uma relação entre Q1 e Q3
17.png
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a) [tex3](\frac{Q1}{4Q3})^{\frac{2}{3}}+ (\frac{Q2}{4Q3})^{\frac{2}{3}} = 1[/tex3]

...
Resposta

a
minha dúvida é a seguinte...como relaciona isso com a tigonometria ?

Re: (Simulado ITA) Lei de Coulomb

Enviado: 19 Fev 2022, 09:25
por LostWalker
Desenho e Concessões
Eu demorei um pouco para encontrar a resposta, mas como você deixou o gab, achei uma ideia bem direta para a resposta. Vamos iniciar posicionando as 3 cargas e desenhando as forças:
Estrostática.png
Estrostática.png (34.75 KiB) Exibido 999 vezes
A Força Elétrica da carga causada por [tex3]-Q_3[/tex3] (Azul) precisa ser igual a Força Elétrica resultante (Vermelho) das cargas [tex3]Q_1[/tex3] e [tex3]Q_2[/tex3] .

Como essa figura se trata de um círculo de raio [tex3]D[/tex3] , cuja o diâmetro se posiciona de [tex3]Q_1[/tex3] a [tex3]Q_2[/tex3] , o ponto [tex3]P[/tex3] forma o ângulo de [tex3]90^\circ[/tex3] , logo nós podemos visualizar o triângulo das forças da seguinte forma:
Estrostática 2.png
Estrostática 2.png (37.02 KiB) Exibido 999 vezes
Numericamente, os valores são os mesmos.




Trigonometria
Vamos arbitrariamente escolher a força [tex3]F_{qQ_1}[/tex3] . Tomando o ângulo verde [tex3]\theta[/tex3] , sabemos que:

[tex3]\cos(\theta)=\frac{F_{qQ_1}}{F_{qQ_3}}[/tex3]

[tex3]\cos(\theta)=\frac{\frac{kqQ_1}{x^2}}{\frac{kqQ_3}{D^2}}[/tex3]

[tex3]\cos(\theta)=\frac{{\color{Red}\cancel{\color{Black}kq}}Q_1}{x^2}\cdot\frac{D^2}{{\color{Red}\cancel{\color{Black}kq}}Q_3}[/tex3]


Olha agora o triângulo maior, podemos dizer que [tex3]x=2D\cdot\cos(\theta)[/tex3] :

[tex3]\cos(\theta)=\frac{Q_1}{Q_3}\cdot\frac{D^2}{\color{PineGreen}x^2}[/tex3]

[tex3]\cos(\theta)=\frac{Q_1}{Q_3}\cdot\frac{D^2}{\color{PineGreen}\[2D\cdot\cos(\theta)\]^2}[/tex3]

[tex3]\cos^3(\theta)=\frac{Q_1}{Q_3}\cdot\frac{\color{Red}\cancel{\color{Black}D^2}}{4\color{Red}\cancel{\color{Black}D^2}}[/tex3]


[tex3]\boxed{\cos(\theta)={\(\frac{Q_1}{4Q_3}\)^{\frac13}}}[/tex3]




Analogamente e Conclusão
Analogamente, podemos dizer que:

[tex3]\boxed{\sen(\theta)={\(\frac{Q_2}{4Q_3}\)^{\frac13}}}[/tex3]


E pela Lei Fundamental da Trigonometria:

[tex3]\cos^2(\theta)+\sen^2(\theta)=1[/tex3]


[tex3]\color{MidNightBlue}\boxed{\(\frac{Q_1}{4Q_3}\)^{\frac23}+\(\frac{Q_2}{4Q_3}\)^{\frac23}=1~~~~\mbox{d.q.d.}}[/tex3]

Re: (Simulado ITA) Lei de Coulomb

Enviado: 19 Fev 2022, 13:04
por Santino
LostWalker escreveu: 19 Fev 2022, 09:25 Desenho e Concessões
Eu demorei um pouco para encontrar a resposta, mas como você deixou o gab, achei uma ideia bem direta para a resposta. Vamos iniciar posicionando as 3 cargas e desenhando as forças:

Estrostática.png

A Força Elétrica da carga causada por [tex3]-Q_3[/tex3] (Azul) precisa ser igual a Força Elétrica resultante (Vermelho) das cargas [tex3]Q_1[/tex3] e [tex3]Q_2[/tex3] .

Como essa figura se trata de um círculo de raio [tex3]D[/tex3] , cuja o diâmetro se posiciona de [tex3]Q_1[/tex3] a [tex3]Q_2[/tex3] , o ponto [tex3]P[/tex3] forma o ângulo de [tex3]90^\circ[/tex3] , logo nós podemos visualizar o triângulo das forças da seguinte forma:

Estrostática 2.png

Numericamente, os valores são os mesmos.




Trigonometria
Vamos arbitrariamente escolher a força [tex3]F_{qQ_1}[/tex3] . Tomando o ângulo verde [tex3]\theta[/tex3] , sabemos que:

[tex3]\cos(\theta)=\frac{F_{qQ_1}}{F_{qQ_3}}[/tex3]

[tex3]\cos(\theta)=\frac{\frac{kqQ_1}{x^2}}{\frac{kqQ_3}{D^2}}[/tex3]

[tex3]\cos(\theta)=\frac{{\color{Red}\cancel{\color{Black}kq}}Q_1}{x^2}\cdot\frac{D^2}{{\color{Red}\cancel{\color{Black}kq}}Q_3}[/tex3]


Olha agora o triângulo maior, podemos dizer que [tex3]x=2D\cdot\cos(\theta)[/tex3] :

[tex3]\cos(\theta)=\frac{Q_1}{Q_3}\cdot\frac{D^2}{\color{PineGreen}x^2}[/tex3]

[tex3]\cos(\theta)=\frac{Q_1}{Q_3}\cdot\frac{D^2}{\color{PineGreen}\[2D\cdot\cos(\theta)\]^2}[/tex3]

[tex3]\cos^3(\theta)=\frac{Q_1}{Q_3}\cdot\frac{\color{Red}\cancel{\color{Black}D^2}}{4\color{Red}\cancel{\color{Black}D^2}}[/tex3]


[tex3]\boxed{\cos(\theta)={\(\frac{Q_1}{4Q_3}\)^{\frac13}}}[/tex3]




Analogamente e Conclusão
Analogamente, podemos dizer que:

[tex3]\boxed{\sen(\theta)={\(\frac{Q_2}{4Q_3}\)^{\frac13}}}[/tex3]


E pela Lei Fundamental da Trigonometria:

[tex3]\cos^2(\theta)+\sen^2(\theta)=1[/tex3]


[tex3]\color{MidNightBlue}\boxed{\(\frac{Q_1}{4Q_3}\)^{\frac23}+\(\frac{Q_2}{4Q_3}\)^{\frac23}=1~~~~\mbox{d.q.d.}}[/tex3]
Cara que resolução bonita de se ver! Muito obrigado, de vdd. Essa matéria me desanima um pouco pq eu sempre me confundo com os vetores, aí fico meio assim se saber ao certo se irei passar na prova da AFA. Vamos se eu não tentar nunca vou saber, né ? Enfim, muito boa resolução !

Re: (Simulado ITA) Lei de Coulomb

Enviado: 19 Fev 2022, 14:03
por LostWalker
Santino, amigo, se te anima um pouco, estou a uma semana tentando resolver uma lista de 72 questões desse assunto, estou na 50 e alguma coisa, e minha média está de acertar apenas metades das perguntas. Mas segue firme, revisar provas da que se quer entrar sempre é produtivo.

nota: nem essa questão aí eu ia tirar, só cheguei na resposta com a pista do gab.