Temos de três esferas condutoras idênticas e isoladas uma da outra. A carga elétrica da esfera
A é
igual a 12 μC, a esfera
B tem carga igual a 9 μC e a esfera
C tem carga igual a
−3 μC. Com estas esferas são realizadas as seguintes operações:
1 – As três esferas são colocadas em contato simultaneamente durante certo tempo e depois separadas;
2 – A esfera
B é ligada à terra e depois isolada;
3 – As esferas
B e
C são colocadas em contato e separadas;
4 – As esferas
A e
C são colocadas em contato e separadas.
Determine, nestas condições, as cargas finais das esferas.
Dados do problema:
- Carga da esfera A: QA = 12 μC;
- Carga da esfera B: QB = 9 μC;
- Carga da esfera C: QC = −3 μC.
Solução
Inicialmente temos a seguinte situação
Na operação (1) colocamos as esferas
A,
B e
C em contato, a carga total se distribuirá
igualmente pelas esferas e a carga final de cada esfera será a média entre as cargas das esferas (Figura 2)
\[
\begin{gather}
Q_{A}=Q_{B}=Q_{C}=\frac{Q_{A}+Q_{B}+Q_{C}}{3}\\
Q_{A}=Q_{B}=Q_{C}=\frac{12.10^{-6}+9.10^{-6}+(-3.10^{-6})}{3}\\
Q_{A}=Q_{B}=Q_{C}=\frac{18.10^{-6}}{3}\\
Q_{A}=Q_{B}=Q_{C}=6.10^{-6}=6\;\mu\text{C}
\end{gather}
\]
Na operação (2) a esfera
B é ligada à terra, ela se descarrega e sua carga fica igual a zero (Figura 3)
\[
Q_{B}=0
\]
Na operação (3) as esferas
B e
C são colocadas em contato, as cargas das duas esferas se
distribuirão igualmente por elas, mas agora a carga inicial de
B será o valor encontrado acima,
QB = 0, (Figura 4)
\[
\begin{gather}
Q_{B}=Q_{C}=\frac{Q_{B}+Q_{C}}{2}\\
Q_{B}=Q_{C}=\frac{0+6.10^{-6}}{2}\\
Q_{B}=Q_{C}=\frac{6.10^{-6}}{2}\\
Q_{B}=Q_{C}=3.10^{-6}=3\;\mu\text{C}
\end{gather}
\]
Na operação (4) as esferas
A e
C são colocadas em contato, as cargas das duas esferas se
distribuirá igualmente por elas, mas agora a carga inicial de
C será o valor encontrado acima,
QC = 3 μC, (Figura 5)
\[
\begin{gather}
Q_{A}=Q_{B}=\frac{Q_{A}+Q_{B}}{2}\\
Q_{A}=Q_{B}=\frac{6.10^{-6}+3.10^{-6}}{2}\\
Q_{A}=Q_{B}=\frac{9.10^{-6}}{2}\\
Q_{A}=Q_{B}=4,5.10^{-6}=4,5\;\mu\text{C}
\end{gather}
\]
Os valores das cargas serão:
Esfera
A:
QA= 4,5 μC;
Esfera
B:
QB= 3 μC;
Esfera
C:
QC= 4,5 μC.