ciências da natureza e suas tecnologias - física ensino médio, 3°ano lei de coulomb
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Ciências da Natureza e suas Tecnologias - Física
Ensino Médio, 3°AnoLei de Coulomb
FÍSICA, 3º Ano do Ensino MédioLei de Coulomb
Foi o francês Charles Augustim de Coulomb quem formulou, em 1785, a lei matemática que rege as interações entre partículas eletrizadas. Usando o modelo newtoniano, ele estabeleceu que a interação eletrostática entre essas partículas manifestava-se por meio de forças de atração e repulsão, dependendo dos sinais das cargas.
UM POUCO DE HISTÓRIA
Imagem: ArtMechanic / domínio público
Cargas Opostas = Atração
Cargas Iguais = Repulsão
INTERAÇÃO ELETROSTÁTICA
FÍSICA, 3º Ano do Ensino MédioLei de Coulomb
FÍSICA, 3º Ano do Ensino MédioLei de Coulomb
Consideremos dois corpos eletrizados (com cargas Q1 e Q2) e separados por uma distância d.
Consideremos dois corpos eletrizados (com cargas Q1 e Q2) e separados por uma distância d.
Quando as dimensões desses corpos são muito menores do que a distância d, podemos representá-los por pontos e chamá-los de cargas elétricas puntiformes.
Quando as dimensões desses corpos são muito menores do que a distância d, podemos representá-los por pontos e chamá-los de cargas elétricas puntiformes.
d
1Q 2Q
FÍSICA, 3º Ano do Ensino MédioLei de Coulomb
Como os corpos estão eletrizados, há uma interação elétrica (força F) entre eles.
Como os corpos estão eletrizados, há uma interação elétrica (força F) entre eles.
A intensidade de diminui à medida que se aumenta a distância de separação d. A direção de é a direção da reta que une os corpos.
A intensidade de diminui à medida que se aumenta a distância de separação d. A direção de é a direção da reta que une os corpos.
FÍSICA, 3º Ano do Ensino MédioLei de Coulomb
1 - Se os corpos forem eletrizados com cargas elétricas de mesma natureza (mesmo sinal), a força elétrica será de repulsão.
1 - Se os corpos forem eletrizados com cargas elétricas de mesma natureza (mesmo sinal), a força elétrica será de repulsão.
SENTIDO DA FORÇA ELÉTRICA
1Q 2Q+ +
1Q 2Q- -
FÍSICA, 3º Ano do Ensino MédioLei de Coulomb
2 - Se os corpos forem eletrizados com cargas elétricas de sinais contrários, a força elétrica será de atração.2 - Se os corpos forem eletrizados com cargas elétricas de sinais contrários, a força elétrica será de atração.
SENTIDO DA FORÇA ELÉTRICA
1Q 2Q+ -
FÍSICA, 3º Ano do Ensino MédioLei de Coulomb
Coube a Charles Augustin de Coulomb, com sua célebre balança de torção (na verdade, um dinamômetro), estabelecer a lei matemática que possibilita o cálculo da intensidade da força elétrica entre dois corpos eletrizados.
Coube a Charles Augustin de Coulomb, com sua célebre balança de torção (na verdade, um dinamômetro), estabelecer a lei matemática que possibilita o cálculo da intensidade da força elétrica entre dois corpos eletrizados.
A BALANÇA DE TORÇÃO DE COULOMB
Imagem: Sertion / domínio público.
DEFINIÇÃODEFINIÇÃO
FÍSICA, 3º Ano do Ensino MédioLei de Coulomb
O módulo da força de interação entre duas cargas elétricas puntiformes (Q1 e Q2) é diretamente proporcional ao produto dos valores absolutos (módulos) das duas cargas e inversamente proporcional ao quadrado da distância d entre elas.
O módulo da força de interação entre duas cargas elétricas puntiformes (Q1 e Q2) é diretamente proporcional ao produto dos valores absolutos (módulos) das duas cargas e inversamente proporcional ao quadrado da distância d entre elas.
COULOMB CONSTATOU QUE:
COULOMB CONSTATOU QUE:
d
1Q 2QelF
elF
2
2..
1
d
QQKFel 2
2..
1
d
QQKFel
21F
12F
Onde:
F = força elétrica (N)
Q1 e Q2 = são as cargas elétricas
puntiformes (C)
d = distância entre as cargas (m)
K= é a constante eletrostática do
meio (Nm2/C2)
FÍSICA, 3º Ano do Ensino MédioLei de Coulomb
CONSTANTE DE PROPORCIONALIDADECONSTANTE DE PROPORCIONALIDADE
O valor da constante K, denominada constante eletrostática, depende do meio em que as cargas se encontram. Essa
constante K é definida, no SI, por:
onde é a permissividade absoluta do meio onde se
encontram as cargas.
FÍSICA, 3º Ano do Ensino MédioLei de Coulomb
CONSTANTE DE PROPORCIONALIDADECONSTANTE DE PROPORCIONALIDADE
Como o meio considerado é o vácuo, nesse dielétrico temos, no SI:
2290 /.10.9 CmNK 2290 /.10.9 CmNK
FÍSICA, 3º Ano do Ensino MédioLei de Coulomb
GRÁFICO DA LEI DE COULOMBGRÁFICO DA LEI DE COULOMB
Se mantivermos fixos os valores das cargas e variarmos apenas a distância entre elas, o gráfico da intensidade de F em função da distância (d) tem o aspecto de uma hipérbole.
F (N) d (m)F d
F/4 2dF/16 4d4F d/2
16F d/4
Outros meios:
FÍSICA, 3º Ano do Ensino MédioLei de Coulomb
8
9
9
8
9
22
3,6.103,6.102,3.101,1.109,0.10
)CmK(N.
Substância
ar secoáguabenzenopetróleoetanol
GRÁFICO F x dGRÁFICO F x d
F (N) d (m)F d
F/4 2dF/16 4d4F d/2
16F d/4
d(m)d/4 d/2 d 2d 4d0
16F
4F
F
2d
1F
Hipérbole Cúbica
FÍSICA, 3º Ano do Ensino MédioLei de Coulomb
Determine a força de interação entre as cargas QA e QB.
3,0m
QA = 3µC QB
= -4mC
2
36
2
29
)m3(
C10x4.C10x3
C
Nm10x9
= 12 N
FÍSICA, 3º Ano do Ensino MédioLei de Coulomb
+ +
d
Q1 Q2
+
Q3
2d
FF4
FR
Módulo da resultante:
FR = F -F
4FR =
3F
4
FF4
+FR = F12 F2
2 + 2F1 .F2.cos
FR = F1 F2+Vetorialmente:
FÍSICA, 3º Ano do Ensino MédioLei de Coulomb
1º
+ +
d
Q1 Q2
-
Q3
2d
F
Módulo da resultante:
FR = F+F
4FR =
5F
4
FR
F4F
F4
Vetorialmente: FR = F1 F2+ = 0o
+FR = F12 F2
2 + 2F1 .F2.cos
FÍSICA, 3º Ano do Ensino MédioLei de Coulomb
2º
+
Q2
Q1
-
+
Q3
d
2d
F1
F1
F2 F2
FR
= 90o
FR = F1 F2+
+FR = F12 F2
2 + 2F1 .F2.cos
+FR = F12 F2
2
FÍSICA, 3º Ano do Ensino MédioLei de Coulomb
3º
+
Q1
Q2
-
+
Q3
F1
F2
FR
FR = F1 F2+
+FR = F12 F2
2 + 2F1 .F2.cos
= 120o
FÍSICA, 3º Ano do Ensino MédioLei de Coulomb
4º
5º
+
Q1
Q2
-
+
-2Q3
F1
F2
FR
FR = F1 F2+
+FR = F12 F2
2 + 2F1 .F2.cos a
= 120o
FÍSICA, 3º Ano do Ensino MédioLei de Coulomb
FÍSICA, 3º Ano do Ensino MédioLei de Coulomb
A força elétrica de Coulomb pode ser de atração ou de repulsão, enquanto a força gravitacional de Newton só pode
ser de atração.
FÍSICA, 3º Ano do Ensino MédioLei de Coulomb
Corpos que possuam, ao mesmo tempo, massa e carga. Quem pode servir bem para isso é um átomo de hidrogênio. Ele tem
um elétron girando em torno de um próton. Tanto o próton como o elétron tem carga e massa. Então podemos comparar
as duas forças. Para isso, vamos precisar saber quanto valem a carga e a massa de cada um, além da distância entre eles.
Vamos calcular a força de atração elétrica e gravitacional entre
dois corpos.
Imag
em: W
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r / d
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o.
FÍSICA, 3º Ano do Ensino MédioLei de Coulomb
Dados:massa do próton = 1,7 · 10-27 kgmassa do elétron = 9,1 · 10-31 kgcarga do elétron = carga do próton = 1,6 · 10-19 Cdistância entre o elétron e o próton = 5,3 · 10-11 m
Resolvendo:
Fg = 3,7 · 10-47 NFe = 8,2 · 10-8 N
Razão entre as forças Fe /Fg , vale 2,21.1039 . Este valor
significa quantas vezes a Fe é maior que a Fg .
A força elétrica é muito mais intensa que a força gravitacional.
FÍSICA, 3º Ano do Ensino MédioLei de Coulomb
RF
Determine a força resultante sobre Q’.
2
639
3
10x4.10x610x9
Q2=8mC
4,0 m
Q’=4C
Q1=6mC
3,0 m 2F
N24
2
639
4
10x4.10x810x9
N18
18N
24N
Q’
1F
22R 1824F 900 =30N
FÍSICA, 3º Ano do Ensino MédioLei de Coulomb
α
fio isolante
2,0 m
Q2=12mC
Q1=4mC
Q’=2C
2,0 m
As cargas q1 e q2 estão fixas, e a carga Q’ está em equilíbrio sustentada por um fio fino e isolante.
Determine a massa da esfera Q’.
2F
1F
g
P
T
)(tg 12
2
α = 45o
FÍSICA, 3º Ano do Ensino MédioLei de Coulomb
SOLUÇÃO
2
639
2
10x2.10x410x9
N182
'.1
o1 2
qqKF
2
639
2
10x2.10x1210x9
N542
'.2
o2 2
qqKF
1F
2,0 m
Q2=12mC
Q1=4mC
Q’=2C
2,0 m
2F
g
P
T
α
FÍSICA, 3º Ano do Ensino MédioLei de Coulomb
SOLUÇÃO
α
21 F)PF(
1)(tg2
1
F
PF
21 FPF 18 + P = 54 P = 36N
P = m.g 36 = m.10
m = 3,6 Kg
T
PF1
q
2Fα
• JUNIOR, Francisco Ramalho. Os fundamentos da Física. 9.ed. rev. e ampl. São Paulo: Moderna, 2007.
• TORRES, Carlos Magno A. Física – Ciência e Tecnologia. Vol. 3. 2.ed. São Paulo: Moderna, 2010.
• Site: http://osfundamentosdafisica.blogspot.com.br
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Tabela de Imagens
n° do slide
direito da imagem como está ao lado da foto
link do site onde se consegiu a informação Data do Acesso
22/08/20122 ArtMechanic / domínio público http://commons.wikimedia.org/wiki/
File:Coulomb.jpg22/08/2012
8 Sertion / domínio público. http://en.wikipedia.org/wiki/File:Bcoulomb.png 22/08/201222 Webber / domínio público. http://commons.wikimedia.org/wiki/
File:Hydrogen_Atom.jpg22/08/2012