Uma esfera recebe respectivamente cargas iguais a 8 μC e -16 μC, separadas por uma distância de 5 cm.
a) Calcule o módulo da força de atração entre elas. b) Se colocarmos as esferas em contato e depois as afastarmos por 8 cm, qual será a nova força de interação elétrica entre elas? Resposta (A) A força elétrica de atração é igual a 460,8 [N] (B) Após o contato a nova força de repulsão será igual a 22,5 [N]
Força elétrica de atração entre cargas elétricas
A força elétrica é uma das quatro forças fundamentais da natureza, juntamente com a força gravitacional, força nuclear forte e força nuclear fraca. Essa força é responsável por manter os elétrons orbitando em torno do núcleo dos átomos, criar campos elétricos e magnéticos e permitir a geração e transmissão de energia elétrica.
Quando duas cargas elétricas são colocadas próximas uma da outra, ocorre uma interação entre elas. Essa interação pode ser de atração ou repulsão, dependendo do sinal das cargas. Se as cargas tiverem sinais opostos, elas irão se atrair, caso contrário, elas irão se repelir.
Lei de Coulomb
A Lei de Coulomb é uma lei física que descreve a força elétrica entre duas cargas elétricas puntiformes. Essa lei foi descoberta por Charles-Augustin de Coulomb em 1785 e é considerada uma das leis fundamentais da eletrostática.
De acordo com a Lei de Coulomb, a força elétrica entre duas cargas elétricas é diretamente proporcional ao produto das cargas e inversamente proporcional ao quadrado da distância entre elas. Essa relação é expressa matematicamente pela seguinte fórmula:
F = k * (q1 * q2) / d^2
Onde:
- F é a força elétrica em newtons (N)
- k é a constante eletrostática, cujo valor é 9 x 10^9 N.m^2/C^2
- q1 e q2 são as cargas elétricas em coulombs (C)
- d é a distância entre as cargas elétricas em metros (m)
Exemplo prático
Suponha que uma esfera tenha recebido duas cargas elétricas de sinais opostos: 8 μC e -16 μC, separadas por uma distância de 5 cm. Qual é o módulo da força de atração entre elas?
Para calcular a força elétrica de atração entre essas cargas, basta aplicar a Lei de Coulomb. Substituindo os valores na fórmula, temos:
F = k * (q1 * q2) / d^2 F = 9 x 10^9 * (8 x 10^-6 * 16 x 10^-6) / (0,05)^2 F = 460,8 N
Portanto, a força elétrica de atração entre essas cargas é igual a 460,8 N.
Colocando as cargas em contato
Agora, suponha que as mesmas esferas recebam as mesmas cargas elétricas de sinais opostos e sejam colocadas em contato. Depois disso, elas são afastadas por uma distância de 8 cm. Qual é a nova força de interação elétrica entre elas?
Ao colocar as cargas em contato, elas tentarão se neutralizar. Isso significa que a carga de ambos os corpos ficará a mesma, já que agora eles são o mesmo corpo. Portanto, podemos calcular a carga final como
