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Física

Força Elétrica e Lei de Coulomb

Jaime Bozzetto
Publicado por Jaime Bozzetto
Última atualização: 17/10/2018

Introdução

eAo aproximarmos dois corpos que estão eletricamente carregados, pelo simples fato de eles apresentarem carga, eles vão exercer uma força um sobre o outro.

Essa força é denominada Força Elétrica, visto que a sua ocorrência está atrelada com a existência de carga elétrica nos corpos, e será de atração caso os corpos apresentem cargas de sinais contrários e de repulsão caso apresentem cargas de mesmo sinal.

Obter o módulo dessa força, entretanto, pode ser uma tarefa extremamente difícil, pois isso depende, inclusive, do formato dos corpos carregados.

No final do século XVIII, contudo, o físico francês Charles Augustin de Coulomb conseguiu encontrar uma fórmula matemática que determina a força elétrica entre duas cargas puntiformes, ou seja, entre cargas cujas dimensões são desprezíveis.

Ainda que essa fórmula seja válida para um único caso de corpos carregados, esse é o único caso abordado nos exames de vestibulares.

Desse modo, ela é de extrema importância para a Física e compõe a chamada Lei de Coulomb, que afirma que o módulo da força elétrica entre duas cargas puntiformes de cargas cujos módulos valem Q1 e Q2 separadas por uma distância d é dado por:

F=K.Q1.Q2d2F=K.Q1.Q2d2

Nesta equação, K é uma constante que depende do meio no qual estão imersas as cargas e é denominada Constante Eletrostática do Meio.

Essa constante está relacionada com outra constante característica do meio que será estudada futuramente em outros capítulos da Eletrostática, a qual é denominada Permissividade Absoluta do Meio (ϵ).

Essas duas constantes estão relacionadas conforme a seguinte equação:

K=14πεK=14πε

Na maioria dos exercícios dos vestibulares, o meio onde ocorre as interações entre as cargas é o vácuo. Neste meio, a constante eletrostática é representada por K0 e vale:

K=14πεK=14πε

De mesmo modo, a permissividade absoluta do vácuo é representada por ϵ0 e vale:

K0=9,0.109N.m2.C2K0=9,0.109N.m2.C2

Para meios diferentes do vácuo, é comum ser fornecida a permissividade relativa do meio, a qual é dada por:

\(\epsilon_{\gamma}=\frac{\epsilon}{\epsilon_0}\)

Foi observado que a constante eletrostática do vácuo é a maior dentre todos os meios. Isso implica que a Força Elétrica entre duas cargas será maximizada se elas estiverem localizadas no vácuo.

Também é constatado que a permissividade absoluta do vácuo é a menor possível, de modo que qualquer outro meio apresentará permissividade relativa maior que 1.

Lei de Coloumb e a Lei da Gravitação Universal

Vale destacar que existe uma certa similaridade entre a Lei de Coloumb e a Lei da Gravitação Universal, que afirma que a força gravitacional entre dois corpos de massas me m2 separadas por uma distância d é dada por:

F=G.m1.m2d2F=G.m1.m2d2

Note que ambas as forças são inversamente proporcionais ao quadrado da distância e dependem de um produto de grandezas características dos corpos em questão (massa no caso da gravitação e carga no caso da eletrostática) e de uma constante.

Algumas diferenças, por outro lado, são: a força gravitacional é sempre de atração, enquanto que a elétrica pode ser de atração ou repulsão; a constante G não varia de meio para meio, enquanto que a constante eletrostática é característica de onde ocorre a interação entre as cargas.

Princípio da Superposição

Uma outra questão relativamente comum em vestibulares é determinar a força resultante sobre uma partícula carregada quando várias outras cargas estão nas suas proximidades.

Nesse tipo de problema, atuam sobre a carga várias forças elétricas, cada uma sendo proveniente da interação com outra carga elétrica.

Para resolver, basta aplicar o Princípio da Superposição, que pode ser enunciado da seguinte maneira: “a força resultante sobre uma partícula carregada quando diferentes cargas exercem força elétrica sobre ela é igual à soma vetorial dessas forças”.

O princípio é muito importante, pois é ele que garante que a força exercida por uma carga puntiforme sobre a outra não sofra interferência pela presença de uma terceira carga.

Logo, nesse tipo de problema, basta encontrar os vetores força individuais e fazer a soma deles para achar a resultante.

Contudo, vale ressaltar a importância de se atentar para os sinais da carga, pois é crucial definir se a força será de atração ou repulsão, visto que os vetores teriam sinais contrários em cada caso.

Fórmulas


Exercícios

Exercício 1
(UNESP)

Duas esferas condutoras idênticas carregadas com cargas +Q e- 3Q, inicialmente separadas por uma distância d, atraem-se com uma força elétrica de intensidade (módulo) F. Se as esferas são postas em contato e, em seguida, levadas de volta para suas posições originais, a nova força entre elas será:

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