Força Elétrica e Lei de Coulomb

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:

$$F=\frac{K.Q_1.Q_2}{d_2}$$

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:

$$K=\frac{1}{4\pi \epsilon }$$

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:

$$K=\frac{1}{4\pi \epsilon }$$

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

$$K_0=9,{0.10}^{9}N.m^2.C^{-2}$$

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.

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 m₁ e m₂ separadas por uma distância d é dada por:

$$F=\frac{G.m_1.m_2}{d^2}$$

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.

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.