Força elétrica
No estudo das interações entre corpos carregados, estaremos fazendo uso do termo carga elétrica puntiforme. Quando dois corpos carregados com cargas Q e q têm tamanhos desprezíveis em relação a distância que os separam, dizemos que estes corpos possuem cargas puntiformes.
No estudo de forças elétricas por volta de 1785, Coulomb determinou através de experimentos (balança de torção), a relação da força elétrica F com as cargas Q1 e Q2 envolvida no experimento e a distância entre elas.
A lei de Coulomb é expressa pela fórmula matemática dada abaixo:
Observamos que a força é diretamente proporcional ao produto das cargas (F ∝ Q1.Q2) e inversamente proporcional ao quadrado da distância entre elas
K0 é uma constante de proporcionalidade e que depende do meio em que se encontram as cargas. No caso k0 é a constante eletrostática do vácuo.
No sistema SI, sendo a força dada em Newton (N), a distância em metros(m) e a carga em Coulomb (C) temos a constate eletrostática do vácuo dada por:
Portanto, colocando as unidades temos:
O seu valor é dado por:
A constante eletrostática k depende do meio material em que se encontram as cargas envolvidas. Vejamos alguns valores para k:
Exercícios /Exemplos
Dois corpos materiais separados por uma distância d = 4 cm, estão eletrizados com cargas q1 = -2mC e q2 = +16mC. Determine a intensidade da força elétrica no SI entre eles quando estiverem imersas no ar e na água.
Solução:
A resolução desta questão é direta. O que temos que fazer é expressar as grandezas físicas envolvidas em unidades do SI para termos a força dada em Newton (N).
q1 = -2mC=-2×10-6C; q2 = +16mC= 16×10-6C; d=4 cm= 4×10-2m
Imersa no ar:
Imersa na água:
O gráfico da Força x distância entre cargas elétricas é representada pelo gráfico abaixo e nos mostra claramente como a força varia em função da distância entre elas.
É importante observar que independente do valor de cada carga, as forças têm o mesmo módulo, a mesma direção e sentido contrários. A terceira lei de Newton está presenta neste tipo de interação.
