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1 Física Força Elétrica Resumo Força elétrica O início de eletrostática consiste em entender o que é uma carga elétrica e como eu posso carregar algum objeto eletricamente. Agora nós iremos estudar o produto dessa interação, ou seja, o que eu consigo observar a partir dessa interação. Essa “coisa” recebe o nome de Força elétrica. Imagine que você tenha uma carga elétrica pontual (isso quer dizer que ela tem forma de ponto) e aproxima dessa carga uma outra carga elétrica pontual. Ao aproximar você produzira uma força de atração ou repulsão entre essas cargas. A força ser atrativa ou repulsiva depende da natureza das cargas. Figura 01 – Cargas de mesmo sinal Caso as cargas apresentem o mesmo sinal, a força elétrica será de repulsão. Cargas de mesmo sinal podem ser “+ com +” ou “- com -”. Figura 02 – Cargas de sinais opostos Caso as cargas apresentem sinais opostos, a força elétrica será de atração. Para lembrar disso, você pode utilizar aquela icônica frase que você manda para a crush: "𝑂𝑠 𝑜𝑝𝑜𝑠𝑡𝑜𝑠 𝑠𝑒 𝑎𝑡𝑟𝑎𝑒𝑚, 𝑚𝑎𝑠 𝑜𝑠 𝑖𝑔𝑢𝑎𝑖𝑠 𝑠𝑒 𝑟𝑒𝑝𝑒𝑙𝑒𝑚" (...Só não manda se vocês forem parecidos...) 2 Física Fórmula da força elétrica O esquema anterior no ajuda na descrição do vetor força elétrica, dando direção e sentido. Mas ele não fornece módulo. Para calcular o módulo da força elétrica, você utiliza a seguinte expressão: 𝐹 = 𝐾 . |𝑄1|. |𝑄2| 𝑑² Sendo: • 𝐾 é a constante eletrostática do méio. Normalmente, as questões utilizam o vácuo. O valor do 𝐾 do vácuo é: 𝐾 = 9 . 109𝑁𝑚2/𝐶² • 𝑄1 é o valor da primeira carga. (lembre-se que esta em módulo). • 𝑄2 é o valor da segunda carga. (que também esta em módulo). • 𝑑 é a distância entre as duas cargas. Obs.: As forças de atração e repulsão elétrica formam par ação-reação. 3 Física Exercícios 1. (Unesp 2003) Considere duas pequenas esferas condutoras iguais, separadas pela distância d=0,3m. Uma delas possui carga Q1=1×10-9C e a outra Q2=-5×10-10C. Utilizando 1/(4πε0) = 9×109N.m2/C2, a) Calcule a força elétrica F de uma esfera sobre a outra, declarando se a força é atrativa ou repulsiva. b) A seguir, as esferas são colocadas em contato uma com a outra e recolocadas em suas posições originais. Para esta nova situação, calcule a força elétrica F de uma esfera sobre a outra, declarando se a força é atrativa ou repulsiva. 2. (FURG) Dois pequenos objetos fixos, cada um com uma carga +Q e separados por uma distância D, exercem um sobre o outro uma força de magnitude F. Substituímos um dos objetos por outro cuja carga é +4Q, mantendo a mesma distância de separação. A magnitude da força no objeto cuja carga é +Q vale agora a) 16F. b) 4F. c) F. d) F/4. e) F/16. 3. (CEFET-SP) A intensidade da força elétrica entre duas cargas puntiformes, Q1=6μC e Q2=3μC, colocadas no vácuo, sofre redução quando essas cargas são mergulhadas, a mesma distância, em água. Sendo a distância entre as cargas de 3cm e a intensidade da força elétrica F=2,2N, o valor da constante eletrostática na água, em N.m2/C2, é igual a: a) 9,0.108. b) 6,0.108. c) 4,6.108. d) 2,2.108. e) 1,1.108. 4 Física 4. Dois pequenos corpos, idênticos, estão eletrizados com cargas de 1,00 nC cada um. Quando estão à distância de 1,00 mm um do outro, a intensidade da força de interação eletrostática entre eles é F. Fazendo-se variar a distância entre esses corpos, a intensidade da força de interação eletrostática também varia. O gráfico que melhor representa a intensidade dessa força, em função da distância entre os corpos, é: a) c) e) b) d) 5. (Eear 2017) Duas cargas são colocadas em uma região onde há interação elétrica entre elas. Quando separadas por uma distância d, a força de interação elétrica entre elas tem módulo igual a F. Triplicando-se a distância entre as cargas, a nova força de interação elétrica em relação à força inicial, será a) diminuída 3 vezes b) diminuída 9 vezes c) aumentada 3 vezes d) aumentada 9 vezes 5 Física Gabarito 1. a) A apresentar uma situação de atração ou repulsão depende do sinal das cargas. Como as cargas apresentam sinais opostos, temos uma força atrativa entre elas. Agora, para calcular o módulo devemos utilizar a Lei de Coulomb 𝐹𝑒 = 𝐾. |𝑄1|. |𝑄2| 𝑑2 𝐹𝑒 = 9.109. 1.10−9. 5.10−10 (3.10−1)2 = 5.10−8𝑁 b) Ao colocar as esferas em contato, teremos um processo de eletrização por contato, onde as esferas buscaram o equilíbrio eletrostático. Esse equilíbrio consiste em ambas apresentarem o mesmo valor de carga. Fazendo a média temos: 𝑄1 ′ = 𝑄2 ′ = 1.10−9 + (−0,5.10−9) 2 = 0,25.10−9𝐶 Agora que ambas as esferas apresentam uma carga de valor positivo e igual a 0,25.10−9𝐶, temos uma força repulsiva (sinais iguais se repelem). Para calcular o módulo devemos utilizar a Lei de Coulomb. 𝐹𝑒 = 𝐾. |𝑄1|. |𝑄2| 𝑑2 𝐹𝑒 = 9.109. 0,25.10−9. 0,25.10−10 (3.10−1)2 = 0,625.10−8𝑁 2. B Para a primeira situação podemos descrever a força elétrica da seguinte forma: 𝐹𝑒 = 𝐾. |𝑄1|. |𝑄2| 𝑑2 = 𝐾. 𝑄. 𝑄 𝑑2 = 𝐾𝑄2 𝑑2 Para a segunda situação vamos fazer o produto entre uma carga Q e outra carga 4Q 𝐹𝑒′ = 𝐾. |𝑄1|. |𝑄2| 𝑑2 = 𝐾. 𝑄. 4𝑄 𝑑2 = 4. 𝐾𝑄2 𝑑2 Olhando o resultado podemos perceber que a nova força vale 4x a força anterior. 3. E Utilizando a fórmula da força elétrica na situação abaixo temos: 𝐹𝑒 = 𝐾. |𝑄1|. |𝑄2| 𝑑2 2,2 = 𝐾. 6.10−6. 3.10−6 (3.10−2)2 𝐾 = 1,1 . 108𝑁. 𝑚2/𝐶² 4. A Olhando para a equação da força elétrica podemos ver que a força é inversamente proporcional a distância ao quadrado. Logo, a única alternativa que apresenta uma relação que mostra um decrescimento em forma de hipérbole. 5. B 1 2 1 2 1 2 1 2 2 22 2 k q q F d k q q k q q1 F F 9(3d) d = = =