Soluções Física - Semana 54

Iniciante:

Situação Física: Podemos conservar a energia total da bolinha, transformando a potencial inicial em cinética no final. Há energia potencial entrando no sistema pois a massa que se agrega a este em alturas maiores que a tida como referência (base da montanha), contudo no enunciado se pede para considerar que está é perdida por atrito da bolinha (que não é dita deslizar perfeitamente). Logo basta descobrirmos a massa final da mesma e transformar a energia.

Resolução: O aumento de massa é dito ser linear, sendo que na metade da altura, m foi para 3m, nos levando a relação:

\frac{H}{2}\rightarrow 2m

H\rightarrow 4m

Ou seja, percorrendo toda a montanha, há um aumento de 4m, totalizando 5m ao findar da descida. Conservando a energia:

mgH=\frac{1}{2}5mv^2

E por fim:

v=\sqrt{\frac{2}{5}gH}

Obs.: O autor perde perdão pois de início não havia pedido para descontar a energia adquirida, dificultando a questão.

Intermediário: 

Situação Física: Quanto se puxa o elástico é feita uma força na haste. Como não é dito como o elástico é puxado, podemos assumir ser horizontal, e para que a haste não se mova, uma força igual deverá ser aplicada pela mão. Mas para que o mesmo fique na vertical, nenhuma força precisa ser aplicada neste caso.

 

Avançado:

Situação Física: Primeiramente devemos lembrar que a densidade de corrente por área pode ser escrita como J=\frac{E}{\rho}, onde E é o campo o local. Além disso, sabemos que V=Ri. Com o método das imagens, podemos imaginar a existência de uma segunda esfera, simétrica a primeira em relação ao plano e com carga oposta. Por fim precisaremos de nos lembrar de associação de resistores em séria, a qual soma as resistências.

Resolução: Primeiramente, assumimos uma carga +Q em uma esfera e -Q na outra. O campo na primeira esfera se da por:

E=\frac{Q}{4\pi\epsilon}(\frac{1}{a^2})

Sendo L>>a:

E=\frac{Q}{4\pi\epsilon a^2}

Logo:

i=int{JdA}=J4\pi a^2=\frac{E}{\rho}4\pi a^2=\frac{Q}{\epsilon\rho}

Para a diferença de potencial V temos:

V=\frac{Q}{4\pi\epsilon}(\frac{1}{a}-\frac{1}{L}-(\frac{1}{L}-\frac{1}{a}))

Sendo L>>a:

V=\frac{2Q}{4\pi\epsilon_{0}a}

Assim obtemos:

V=Ri\rightarrow\frac{2Q}{4\pi\epsilon a}=R\frac{Q}{\epsilon\rho}

Chegamos a:

R=\frac{\rho}{2\pi a}

Contudo tal valor representa a resistência entre as duas esferas. Como a distância entre elas é o dobro da distância da esfera real ao plano, podemos enxergar como uma associação em série de duas resistências iguais, tendo por fim:

R=R'+R'=\frac{\rho}{2\pi a}

\rightarrow R'=\frac{\rho}{4\pi a}