física 3º ano ensino médio 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.
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.
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.
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.
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.
A BALANÇA DE TORÇÃO DE COULOMB
Imagem: Sertion / domínio público.
DEFINIÇÃO
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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:
d
1Q 2QelF
elF
2
2..
1
dQQ
KFel
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)
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CONSTANTE 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 PROPORCIONALIDADE
Como o meio considerado é o vácuo, nesse dielétrico temos, no SI:
2290 /.10.9 CmNK
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GRÁFICO 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:
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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 d
F (N) d (m)F d
F/4 2dF/16 4d
4F d/216F d/4
d(m)d/4 d/2 d 2d 4d0
16F
4F
F
2d1F
Hipérbole Cúbica
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Determine a força de interação entre as cargas QA e QB.3,0m
QA = 3µC QB
= -4mC
2
36
2
29
)m3(C10x4.C10x3
CNm10x9
= 12 N
FÍSICA, 3º Ano do Ensino MédioLei de Coulomb
+ +
d
Q1 Q2
+Q3
2d
FF4
FR
Módulo da resultante:
FR = F - F4
FR = 3F4
FF4
+FR = F12 F2
2 + 2F1 .F2.cos
FR = F1 F2+Vetorialmente:
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1º
+ +
d
Q1 Q2
-
Q3
2d
F
Módulo da resultante:
FR = F+F4
FR = 5F4
FR
F4F
F4
Vetorialmente: FR = F1 F2+ = 0o
+FR = F12 F2
2 + 2F1 .F2.cos
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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
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3º
+Q1
Q2
-
+
Q3
F1
F2
FR
FR = F1 F2+
+FR = F12 F2
2 + 2F1 .F2.cos
= 120o
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4º
5º
+Q1
Q2
-
+
-2Q3
F1
F2
FR
FR = F1 F2+
+FR = F12 F2
2 + 2F1 .F2.cos a
= 120o
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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.
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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.
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RF
Determine a força resultante sobre Q’.
2
639
310x4.10x610x9
Q2=8mC
4,0 m
Q’=4C
Q1=6mC
3,0 m 2F
N24
2
639
410x4.10x810x9
N18
18N
24N
Q’
1F
22R 1824F 900 =30N
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α
fio isolante
2,0 mQ2=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 122
α = 45o
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SOLUÇÃO
2
639
210x2.10x410x9
N182
'.1
o1 2qqKF
2
639
210x2.10x1210x9
N542
'.2
o2 2qqKF
1F
2,0 mQ2=12mC
Q1=4mC
Q’=2C
2,0 m
2F
g
P
T
α
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SOLUÇÃO
α
21 F)PF(
1)(tg2
1
FPF
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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