Com base nos princípios de energia e trabalho em campos elétricos, analise as cinco afirmações a seg...

Análise Detalhada

Esta questão aborda conceitos fundamentais de Energia Potencial Elétrica e Trabalho em Campos Elétricos. Abaixo, classifico cada afirmativa baseada nos princípios da física eletrostática.

Gabarito Oficial

| Item | Classificação | Justificativa Resumida | | --- | --- | --- | | A | Certo | Trabalho contra a força armazena energia potencial. | | B | Certo | Movimento espontâneo segue a força; trabalho positivo reduz energia potencial. | | C | Certo | Energia é escalar, facilitando cálculos de superposição. | | D | Errado | A energia é inversamente proporcional a $r$, não a $r^2$. | | E | Certo | A referência padrão é o infinito ($U=0$). |

---

Desenvolvimento Didático

1. Trabalho e Energia Potencial (Itens A e B)

Existe uma analogia direta entre a mecânica clássica (gravidade) e o eletromagnetismo:

• Item A: Imagine levantar um peso contra a gravidade. Você realiza trabalho contra a força, e a energia potencial gravitacional aumenta. No campo elétrico, empurrar uma carga contra a repulsão (força elétrica) também aumenta a energia potencial elétrica. * Item B: Quando uma carga positiva se move espontaneamente no sentido das linhas de campo, ela está sendo "empurrada" pela própria força elétrica. * A força faz trabalho positivo. * Para forças conservativas, $W = -\Delta U$. Se $W > 0$, então $\Delta U < 0$ (diminuição da energia potencial).

2. Natureza das Grandezas (Item C)

• Força Elétrica ($\vec{F}$): É um vetor. Para calcular a força total em um ponto devido a várias cargas, precisamos usar geometria e trigonometria (soma vetorial). * Energia Potencial ($U$): É um escalar. Para calcular a energia total, basta somar os valores algébricos (positivos e negativos). Isso simplifica drasticamente os problemas com múltiplas cargas.

3. Dependência da Distância (Item D)

Este é um erro comum de confundir a lei da força com a lei da energia:

• Lei de Coulomb (Força): $F = k \frac{|Q \cdot q|}{r^2}$ (Inversamente proporcional ao quadrado da distância). * Energia Potencial: $U = k \frac{Q \cdot q}{r}$ (Inversamente proporcional à distância). * A afirmativa D diz que a energia depende de $r^2$, o que é falso.

4. Referência de Energia (Item E)

Na física teórica, precisamos definir onde a energia é zero.

• Para o campo gravitacional, usamos o solo. * Para o campo elétrico, a convenção universal é considerar que quando as cargas estão infinitamente distantes, elas não interagem. Portanto, define-se $U = 0$ no infinito.