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As Forças Elétricas

Em 1785, Charles Augustin Coulomb (1736-1806) fez uma série de medidas.

Mediu as forças elétricas entre duas pequenas esferas carregadas. Percebeu que algumas esferas atritadas em diferentes materias eram atraídas entre si. Já outras, depois de atritadas com outros materiais, repeliam-se.

Ele descobriu que a força dependia do valor das cargas e da distância entre elas.

E, através de muitas experimentações, descobriu uma relação fixa:

A força é inversamente proporcional ao quadrado da distância entre as cargas. Quanto maior, muito menor a força:

Quanto menor a distância, muito maior a força:

A força é diretamente proporcional ao valor da carga total em cada um dos corpos:

Vídeo: Exercício sobre Lei de Coulomb

Exercícios Resolvidos

1)

Calcule a força de atração de duas cargas elétricas Q1 = -2x10-6 C e Q2 = 7x10-5 C no vácuo, sabendo que a constante elétrica do vácuo é de 9x109 N m2/C2 e que a distância entre essas cargas é de 1 metro?
Calcule a força de atração entre duas cargas elétricas Q1 = -5x10-6 C e Q2 = 8x10-7 C no vácuo, sabendo que a constante elétrica do vácuo é de 9x109 N m2/C2 e que a distância entre essas cargas é de 0,8 metro?
Calcule a força de atração de duas cargas elétricas Q1 = 0,5x10-5 C e Q2 = -4x10-6 C no vácuo, sabendo que a constante elétrica do vácuo é de 9x109 N m2/C2 e que a distância entre essas cargas é de 1,3 metro?
Calcule a força de repulsão de duas cargas elétricas Q1 = -2x10-5 C e Q2 = -5x10-5 C no vácuo, sabendo que a constante elétrica do vácuo é de 9x109 N m2/C2 e que a distância entre essas cargas é de 1,5 metro?
Calcule a força de repulsão de duas cargas elétricas Q1 = -6x10-6 C e Q2 = -6x10-6 C no vácuo, sabendo que a constante elétrica do vácuo é de 9x109 N m2/C2 e que a distância entre essas cargas é de 0,7 metro?
Calcule a força de repulsão de duas cargas elétricas Q1 = 2,2x10-7 C e Q2 = 4x10-5 C no vácuo, sabendo que a constante elétrica do vácuo é de 9x109 N m2/C2 e que a distância entre essas cargas é de 0,5 metro?
Três partículas com cargas Q1 = +5x10-6, Q2 = -4x10-6 e Q3 = +6x10-6 são colocadas sobre um triângulo equilátero de lado d=50 cm, conforme figura abaixo. Calcule a força resultante em Q3.

Respostas: Como calcular?

2)

Calcule a intensidade da força elétrica de repulsão entre duas cargas puntiformes 3.10-5 e 5.10-6 que se encontram no vácuo, separadas por uma distância de 15 cm.
Uma esfera recebe respectivamente cargas iguais a 2 μC e -4 μC, separadas por uma distância de 5 cm.
1. Calcule a força de atração entre elas.
2. Se colocarmos as esferas em contato e depois as afastarmos por 2 cm, qual será a nova força de interação elétrica entre elas?
Estando duas cargas elétricas Q idênticas separadas por uma distância de 4m, determine o valor destas cargas sabendo que a intensidade da força entre elas é de 200 N.
Duas cargas elétricas puntiformes positivas Q1 e Q2, no vácuo interagem mutuamente através de uma força cuja intensidade varia com a distância entre elas, segundo o diagrama abaixo. A carga Q2 é o quádruplo de Q1.

Respostas: Brasil Escola

Campo Elétrico

Campo Elétrico é o campo estabelecido ao redor do corpo, em todos os pontos do espaço, sob influência de uma carga geradora de intensidade Q.

A equação do campo elétrico é dada por:

O campo elétrico pode ter pelo menos quatro orientações diferentes de seu vetor devido aos sinais de interação entre as cargas, quando o campo é gerado por apenas uma carga, estes são:

Quando a carga de prova tem sinal negativo (q<0), os vetores força e campo elétrico têm mesma direção, mas sentidos opostos, 
e quando a carga de prova tem sinal positivo (q>0), ambos os vetores têm mesma direção e sentido.

Já quando a carga geradora do campo tem sinal positivo (Q>0), o vetor campo elétrico tem sentido de afastamento das cargas 
e quando tem sinal negativo (Q<0), tem sentido de aproximação, sendo que isto não varia com a mudança do sinal das cargas de provas.

Quando uma única partícula é responsável por gerar um campo elétrico, este é gerado em um espaço que a circunda, embora não esteja presente no ponto onde a partícula é encontrada. Este campo é chamado de puntiforme.

Campo elétrico gerado por mais do que uma partícula eletrizada

Quando duas ou mais cargas estão próximas o suficiente para que os campos gerados por cada uma se interfiram, é possível determinar um campo elétrico resultante em um ponto desta região.

Para isto, analisa-se isoladamente a influência de cada um dos campos gerados sobre um determinado ponto.

Por exemplo, imaginemos duas cargas postas arbitrariamente em um ponto A e outro B, com cargas QA e QB, respectivamente. Imaginemos também um ponto P sob a influência dos campos gerados pelas duas cargas simultaneamente.

O vetor do campo elétrico resultante será dado pela soma dos vetores EA e EB no ponto P. Como ilustram os exemplos a seguir:

Assim como no exemplo anterior, ambos os campos elétricos gerados são divergentes, mas como existe um ângulo formado entre eles, esta soma vetorial é calculada através de regra do paralelogramo, ou seja, traçando-se o vetor soma dos dois vetores, tendo assim o módulo direção e sentido do vetor campo elétrico resultante.

Como ambas as cargas que geram o campo tem sinais negativos, cada componente do vetor campo resultante é convergente, ou seja, tem sentido de aproximação. O módulo, a direção e o sentido deste vetor são calculados pela regra do paralelogramo, assim como ilustra a figura.

Linhas de Força

Estas linhas são a representação geométrica convencionada para indicar a presença de campos elétricos, sendo representadas por linhas que tangenciam os vetores campo elétrico resultante em cada ponto, logo, jamais se cruzam. Por convenção, as linhas de força têm a mesma orientação do vetor campo elétrico, de modo que para campos gerados por cargas positivas as linhas de força são divergentes (sentido de afastamento) e campos gerados por cargas elétricas negativas são representados por linhas de força convergentes (sentido de aproximação).

Quando se trabalha com cargas geradoras sem dimensões, as linhas de força são representadas radialmente, de modo que:

 Quando uma esfera está eletrizada, as cargas em excesso repelem-se mutuamente e por isso migram para a 
 superfície externa da esfera, atingindo o equilíbrio eletrostático. 
 Assim, o campo elétrico dentro da esfera (em equilíbrio eletrostático) é NULO, 
 já que não há uma força que atraia uma carga para dentro do corpo.

Este fenômeno é conhecido por Efeito skin, ou efeito pelicular e tem grandes implicações tecnológicas para os projetos na área de transmissão e segurança elétricas, por exemplo!!