Força Elétrica - Lei de Coulomb

A força elétrica é uma das forças fundamentais da natureza e desempenha um papel crucial na física e em diversas aplicações tecnológicas. Ela está associada às interações entre partículas carregadas eletricamente, como prótons e elétrons.

Essa força é descrita pela Lei de Coulomb, que afirma que a intensidade da força entre duas cargas é diretamente proporcional ao produto das cargas e inversamente proporcional ao quadrado da distância entre elas. A expressão matemática é:

Onde: F é a força elétrica, medida em newton (N); k é a constante eletrostática, medida em (N⋅m2/C2); q1 e q2 são as cargas, medidas em coulomb (C); r é a distância entre elas, medida em metros (m). A constante eletrostática do meio (k) depende da permissividade elétrica do meio (ε ), ou seja, é a maneira como o campo elétrico interage com o meio físico em que os corpos se encontram. A relação entre a constante eletrostática do meio (k) e a permissividade elétrica do meio ( ε ) é descrita na seguinte equação: Quando estamos trabalhando com o vácuo utilizamos ε0 (permissividade elétrica no vácuo), nesse caso, ε0 vale 8,85 x 10-­12C2/N⋅m2, e portanto, utilizando a equação descrita anteriormente k0 vale 9 x 109 N⋅m2/C2. Relação entre força elétrica e campo elétrico O Campo Elétrico (E) é definido como a força elétrica por unidade de carga. Em termos matemáticos, é expresso como E = F/q, onde F é a força sobre uma carga de teste q. A força elétrica pode ser atrativa (quando as cargas têm sinais opostos) ou repulsiva (quando as cargas têm o mesmo sinal). Essa interação é fundamental para explicar fenômenos como a formação de átomos, moléculas e os comportamentos de materiais em diferentes contextos:    Atração     Repulsão Repulsão EXEMPLOS 1 - (Unifesp) Duas partículas de cargas elétricas Q = 4,0⋅10−16 C e q = 6,0⋅10−16 C estão separadas no vácuo por uma distância de 3,0⋅10−9 m. Sendo ko = 9 ⋅109 N⋅m2 / C2, a intensidade da força de interação entre elas, em newtons, é de: A) 1,2⋅10−5 N B) 1,8⋅10−4 N C) 2,0⋅10−4 N D) 2,4⋅10−4 N E) 3,0⋅10−3 N Resolução:  Q = 4,0⋅10−16 C  q = 6,0⋅10−16 C  r = 3,0⋅10−9 m k0 = 9⋅109 N⋅m2 / C2  F = 2,4⋅10−4 N 2 - (Mack-SP) Uma carga elétrica puntiforme com q = 4,0 μC, que é colocada em um ponto P do vácuo, fica sujeita a uma força elétrica de intensidade 1,2 N. O campo elétrico nesse ponto P tem intensidade:  a) 3,0∙105 N/C b) 2,4∙105 N/C c) 1,2∙105 N/C d) 4,0∙10−6 N/C e) 4,8∙10−6 N/C Resolução:  E = ? F = 1,2 N q = 4,0 μC = 4,0⋅10 – 6 C   E = 3,0∙105 N/C       EXERCÍCIOS  1 - Duas cargas puntiformes de valores Q1 = 5μC e  Q2 = − 10μC estão a uma distância de 5 cm. Qual é a força elétrica entre elas? Determine também se ela é repulsiva ou atrativa. A) 180 N, atrativa. B) 100 N, repulsiva. C) 180 N, repulsiva. D) 1000 N, atrativa. E) 1,8 N, atrativa. Resolução: Q1 = 5μC = 5⋅10 – 6 C Q2 = − 10μC = − 10⋅10 – 6 C k = 9⋅109 N⋅m2 / C2 r = 5 cm = 5:100 m = 0,05 m = 5⋅10 – 2 m F = ?  F = 180 N A força elétrica é atrativa, porque as cargas possuem sinais contrários. 2 - Uma carga elétrica com valor de 10 μC possui campo elétrico com valor de 3,0∙105 N/C. Determine a força elétrica gerada. A) 3,0 N B) 10∙103 N C) 3,0∙10−2 N D) 3,0∙10−3 N E) 3,0∙102 N Resolução:  E = 3,0∙105 N/C q = 10⋅10 – 6 C  F = ? F = 3 N 3 - Uma partícula possui campo elétrico com valor de 200∙105 N/C e força elétrica com valor de 5,0∙105 N. Determine o valor da carga elétrica. A) 0,025 C B) 0,05 C C) 0,055 C D) 0,045 C E) 0,035 C Resolução:  E = 200∙105 N/C F = 5,0∙105 N q = ? q = 0,025 C 4 - Uma carga q e outra Q, com o dobro de q, estavam inicialmente a uma distância d e foram reposicionadas a uma distância equivalente ao dobro da inicial. A força elétrica final será de quanto da força inicial? Resolução:  Força inicial: Força final: Multiplicando o numerador e o denominador da fração por 2: Logo: 5 - (UEL) Duas cargas iguais de 2⋅10−6 C se repelem no vácuo com uma força de 0,1 N. Sabendo-se que a constante elétrica do vácuo é 9⋅109 N⋅m2 / C2, a distância entre as cargas, em metros, é de: A) 0,9 B) 0,6 C) 0,5 D) 0,3 E) 0,1 Resolução:  q1 = q2 = 2⋅10 – 6 C F = 0,1N k = 9⋅109 N⋅m2 / C2 r = ? r = 0,6 m