Unidade 11: cargas elétricas e suas atrações

Seção 03: as bases experimentais da Lei de Coulomb



a Teoria da Gravitação Newtoniana existe um aspecto que os escritores de ficção científica e de aventuras, ao criar suas histórias, dificilmente se lembram de levar em conta.

- Que aspecto é este, professor?

- É o seguinte. Você já deve ter lido livros de aventuras que falam de "viagens ao centro da Terra". Pois bem, pela teoria de Newton, se a Terra fosse uma esfera oca um objeto dentro dela não sofreria a ação da gravidade.

- Interessante, professor! Mas, o que isto tem a ver com a Eletricidade?

- No século XVIII, Joseph Priestley, um físico e teólogo inglês, e Benjamin Franklin, físico e político americano, fizeram experimentos com um vaso de metal oco e um pedaço de cortiça. Eles observaram que o pedaço de cortiça era atraído pelo vaso quando colocado próximo a ele, do lado de fora. O que não acorria quando ele era colocado no interior do vaso.

Não escapou aos dois cientistas a semelhança do comportamento das cargas elétricas, no caso do vaso oco e o comportamento dos corpos, na caso da terra oca.

- Então, pode exisitr algum tipo de ligação entre os dois fenômenos!

- É provável! Priestley e Franklin relataram essa semelhança de comportamento entre a gravitação e a Eletricidade. No entanto, foi outro físico, desta vez um francês, chamado Charles Coulomb, quem continuou o trabalho.



Quando Coulomb iniciou seus experimentos, adotou a mesma linha de raciocínio de Priestley e Franklin e decidiu que era razoável supor que a força entre duas cargas elétricas obedeceria a Lei do inverso do quadrado do mesmo modo que a lei da gravitação de Newton.

Mas, afinal de contas, o que é a lei do inverso do quadrado?

A Lei do inverso do quadrado

Um dos objetivos do trabalho dos físicos é entender como as grandezas físicas importantes num determinado fenômeno se relacionam. Ao longo dos anos eles descobriram que existem, na Físca, algums tipos de relacionamento entre grandezas físicas muito especiais.

Um desses tipos de relacionamento é chamado de Lei do Inverso do Quadrado. Num deterninado fenômeno isto ocorre quando duas grandezas A e B estão relacionadas e:

A grandeza A varia de maneira inversamente proporcional ao quadrado da grandeza B.

Veja que a lei da gravitação é desse tipo:

A intensidade da força gravitacional entre dois corpos é inversamente proporcional ao quadrado da distância entre eles.

Escrito na linguagem matemática fica assim:

O trabalho de Coulomb buscava comprovar que a mesma lei valeria para a força elétrica.

Considere, por exemplo, duas cargas elétricas situadas a 2,0 m uma da outra e com uma força de 40 N entre elas. Se ele estivesse certo, dobrando a distância (para 4,0 m) então a força deveria ser dividida por quatro (a força vai para 10 N). Foi exatamente isto o que Coulomb obteve com sua nova lei.

A Força Elétrica ou Força Coulombiana

Coulomb supôs que a Força Elétrica se comportava dessa maneira, fez os experimentos necessários e chegou ao resultado mostrado a seguir.

Considere dois corpos pontuais carregados eletricamente, em outras palavras, dois corpos muito pequenos com carga elétrica. A força elétrica entre elas:

terá a direção da reta que une as duas cargas;
será repulsiva se as cargas forem do mesmo tipo e atrativa se forem de tipos diferentes.

O módulo da força terá o seguinte intensidade:


Coloque o mouse sobre os slides para interromper a passagem do texto.


Algumas obervações a respeito da Lei de Coulomb.

A constante de Coulomb K varia de acordo com o meio em que as cargas são colocadas. Neste curso somente trabalharemos com cargas no vácuo. O valor de K para o vácuo é de K0 = 9,0 . 109 N.m2/C2.

A Força elétrica é muitíssimo mais intensa que a força gravitacional. Para se ter uma ideia basta um exemplo. Imagine duas cargas de 1,0 C cada uma, separadas por uma distância de 1,0 m. Pois bem, estas cargas são submetidas a uma força equivalente ao peso de um corpo de 900.000 toneladas.

A partir do trabalho de Coulomb os estudos sobre a eletricidade tiveram rápido desenvolvimento. Descobriu-se que a eletricidade estava presente nos corpos dos animais, nas reações químicas e na construção dos próprios átomos.

Hoje, sabemos que a força elétrica é uma das quatros forças fundamentais da natureza.



O método de cálculo da força eletrostática que estudamos nesta aula é aplicavel para duas cargas pontuais. No entanto, é comum termos mais de duas partículas carregadas interagindo. Neste caso, como aplicamos a lei de Coulomb?

Este assunto, no entanto, será tratado somente na próxima aula.

Clique no botão abaixo se desejar um resumo desta aula.



Resumo das principais ideias desta seção

  1. Duas partículas carregadas elétricamente interagem através de uma força;
  2. Essa força:
    será uma força de atração se as cargas forem de tipos diferentes;
    será uma força de repulsão se as cargas forem do mesmo tipo;
  3. A força elétrica é diretamente proporcional ao produto das cargas;
  4. A força elétrica é inversamente proporcional ao quadrado da distância entre elas;
  5. A intensidade da força elétrica muda de acordo com o meio onde estão colocadas as partículas. Isto é dado pelo valor da constante de Coulomb K.
  6. No nosso curso vamos trabalhar somente com cargas elétricas no vácuo. Neste caso o valor da constante de Coulomb K é de K0 = 9,0 . 109 N.m2/C2.

O módulo da força elétrica, ou força de Coulomb, é dado por:

Onde Q1 e Q2 são as intensidades das cargas elétricas; d a distância entre elas e K a constante de Coulomb.



Material Complementar


   
   
   
  
   
   
   
   
   
   
   
   
   
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