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Força elétrica – Lei de Coulomb

Força elétrica é a força gerada a partir da atração ou repulsão de cargas elétricas, sendo que cargas iguais se repelem e cargas opostas se atraem. Dessa forma, para que haja força elétrica é necessário a presença de pelo menos duas cargas elétricas.

Força elétrica

Índice

Exemplo

Considere duas partículas carregadas com carga +Q e +q. Nesse caso, agirá uma força elétrica de repulsão entre as cargas. Por outra lado, se as cargas forem +Q e -q, então uma força elétrica de atração será exercida entre as cargas.

Comportamento das cargas elétricas

Entender o comportamento das cargas elétricas é fundamental para calcular a força elétrica, visto que a direção e sentido da força pode ser alterado se não o comportamento não for interpretado corretamente.

Comportamento das cargas elétricas

Sendo assim, temos duas possibilidades no comportamento das cargas elétricas:

Fórmula da força elétrica – Lei de Coulomb

A força elétrica é diretamente proporcional à constante de proporcionalidade e às cargas q1 e q2 e inversamente proporcional ao quadrado da distância entre as cargas. Assim, a fórmula pode ser expressa como:

Fórmula da força elétrica

Dessa maneira, a força elétrica varia muito conforme a distância das cargas, visto que é inversamente proporcional ao quadrado da distância. Além disso, ela também é influenciada pelo meio em que se encontra. Essa condição é determinada pela constante de proporcionalidade (k).

Ademais, é importante conhecer as unidades de medida no SI:

Relação entre campo elétrico e força elétrica

Como vimos, toda carga possui seu campo elétrico. Assim, ao aproximar duas cargas, seus campos elétricos irão interagir e essa reação definirá a força elétrica. Portanto, a relação matemática entre campo elétrico e força elétrica é:

Força elétrica e campo elétrico

Como calcular força elétrica

Os exercícios mais simples apresentam somente duas cargas, informam a carga elétrica de cada, a distância entre elas e a constante de proporcionalidade. Nesses casos, basta aplicar a Lei de Coulomb.

Exemplo: Calcule a força elétrica entre duas cargas q1 = 2,0 x 10-6 C e q2 = 5,0 x 10-6 C, distantes 0,02m uma da outra. Considere K = 9 . 109 N.m2/C2.

Vamos substituir os dados na fórmula:

Fe = K.(|q1|.|q2|)/d²
Fe = 9 . 109.(2,0 x 10-6 . 5,0 x 10-6)/0,02²
Fe = 9 . 109.(10 . 10-12)/2.10-2
Fe = 45 . 109-12+2
Fe = 450 N

Entretanto, exercícios mais complexos podem expor mais de duas cargas elétricas, formando um triângulo ou retângulo, por exemplo. Diante disso, temos que calcular a força elétrica entre todas as cargas e, posteriormente, calcular a força elétrica resultante na carga desejada.

Princípio da Superposição

Dessa forma, quando temos mais de duas cargas interagindo temos que calcular a força resultante na carga deseja, por meio da soma vetorial.

Princípio da superposição

Exemplo: Devido a complexidade para expressar a resolução, resolvi colocar um vídeo.

Nesse sentido, para calcular a força elétrica resultante, em muitos casos, será necessário conhecimento de outras áreas da física e matemática. No exemplo acima, foi utilizado geometria e vetores.

Exercícios resolvidos

1- Duas partículas são postas a 2 metros de distância. Sabendo que as partículas possuem carga q1 = 7 x 10-6 e q2 = -4 x 10-6, calcule a força elétrica atuante sobre as cargas e justifique se é um movimento de atração ou repulsão. Considere K = 9 . 109 N.m2/C2.

O primeiro passo é anotar os dados do exercício.
q1 = 7 . 10-6 C
q2 = -4 . 10-6 C
d = 2 m
K = 9 . 109 N⋅m²/C²

Em seguida, vamos aplicar a Lei de Coulomb:

Fe = K.(|q1|.|q2|)/d²
Fe = 9 . 109.(7 x 10-6 . 4 x 10-6)/2²
Fe = 9 . 109.(28 . 10-12)/4
Fe = 63 . 109-12
Fe = 63. 10-3 N

Além disso, o movimento é de atração, tendo em vista que as cargas são de sinais opostos.

2- Calcule a força elétrica no vácuo entre duas cargas distantes 12cm uma da outra. Indique se a força é de repulsão ou de atração. Sabe-se que q1 = 3,0 . 10-6 e q2 = 5,0 . 10-6. Utilize K = 9 . 109 N.m2/C2.

O primeiro passo é anotar os dados do exercício.
q1 = 3,0 . 10-6 C
q2 = 5,0 . 10-6 C
d = 12cm = 0,12m
K = 9 . 109 N⋅m²/C²

Agora é só utilizar a fórmula:

Exercício resolvido sobre força elétrica

Por fim, o movimento é de repulsão, visto que as cargas são de sinais iguais.

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