Fundamentos em Física Forças 2 (1)

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Fundamentos em Física – Forças 2
Ana Paula Schwarz
Força eletromagnética 
A força eletromagnética envolve fenômenos elétricos e magnéticos, outra força fundamental, que também pode atuar à distância.
Assim como a força gravitacional. Ela é inversamente proporcional ao quadrado da distância sobre a qual atua.
Força eletromagnética: mantém a coesão atômica
Ex: reações químicas, fenômenos elétricos e magnéticos.
Força eletromagnética 
A força eletromagnética determina como as partículas carregadas interagem com as outras partículas, e com os campos magnéticos.
Esta força pode ser atrativa ou repulsiva.
Carga elétricas com mesmo sinal se repelem e com sinais diferentes se atraem.
A força eletromagnética mantém os elétrons (carga negativa) nas suas órbitas, em volta do núcleo (carga positiva) do átomo.
Esta força é responsável pela existência dos átomos.
A força eletromagnética é um tipo de força que envolve diretamente partículas elementares: prótons e elétrons;
É importante destacar que, de uma forma ou outra, essa interação atinge todas as outras partículas, exceto grávitons e neutrinos.
Força eletromagnética 
 Partícula elementar hipotética que seria a responsável pela transmissão da força da gravidade na maioria dos modelos da teoria quântica de campos.
 Partícula subatômica sem carga elétrica e que interage com outras partículas apenas por meio da gravidade e da força nuclear fraca (duas das quatro forças fundamentais da Natureza, ao lado da eletromagnética e da força nuclear forte).
Em 1820, o físico Hans C. Oersted descobriu que a corrente elétrica num condutor está associada a um campo magnético;
Em 1830, Michael Faraday e Joseph Henry descobriram que a variação de um campo magnético induz uma corrente elétrica num condutor;
Com a união desses estudos surgiu o eletromagnetismo.
Tanto as força eletrostáticas quanto as forças magnéticas estão relacionadas as partículas carregadas (como prótons e elétrons);
Em 1837, Maxwell apresentou um trabalho no qual unificou, matematicamente, as forças elétricas e magnéticas, assumindo a existência de uma força eletromagnética.
Eisntein demonstrou, na sua teoria da relatividade, de forma definitiva a relação entre a força elétrica e magnética de cargas em movimento.
Força eletromagnética 
Em termos de intensidade, pode-se dizer que a interação eletromagnética é maior que a interação gravitacional.
Força eletromagnética 
Força eletromagnética
Diferentemente da força gravitacional, que sempre é atrativa, a força eletromagnética pode ser atrativa ou repulsiva, dependendo do sinal das cargas envolvidas.
A interação eletromagnética, ou força eletromagnética, é aquela que ocorre quando corpos possuidores de cargas elétricas e/ou  corpos magnetizados interagem. 
 As interações eletromagnéticas são descritas por uma parte da física chamada eletrodinâmica. 
Esta é a teoria física que descreve os fenômenos elétricos e magnéticos, ou seja, todos os processos de interação que ocorrem entre corpos carregados que interagem  por meio de forças eletromagnéticas. 
Força eletromagnética
Força eletromagnética 
A força eletromagnética é a que existe entre partículas eletrizadas, englobando as forças elétricas e as forças magnéticas. 
A ligação entre os elétrons e os núcleos atômicos e a união de átomos para a formação das moléculas são explicadas pela ação da força eletromagnética.
 Cargas que se movem produzem e respondem à força magnética.
Ocorre que as forças elétrica e magnética são  manifestações diferentes de um mesmo fenômeno físico. Por esta razão falam de uma "força  eletromagnética". 
Sabe-se que os elétrons têm carga negativa enquanto que os prótons têm cargas positivas;
 Desta  forma, quando dois ou mais prótons, elétrons ou uma mistura destas partículas são colocadas  próximas, sempre ocorre um processo de interação eletromagnética.  
A interação elétrica não ocorre apenas entre elétrons e prótons mas sim entre dois ou mais corpos  quaisquer que possuam carga elétrica;
Segundo Coulomb, a força elétrica entre duas partículas carregadas é dada por:
onde   e são as cargas elétricas de dois corpos, d é a distância entre os corpos e k é uma constante para a eletricidade (análoga à constante G que surge quando estudamos a gravidade);
Interação entre corpos carregados: a lei de Coulomb
Uma vez que as cargas elétricas podem ter sinais diferentes, a força calculada pode ser positiva ou negativa;
Se ela  for positiva isso significa que os corpos têm cargas como mesmo sinal e, portanto, se repelem.
Se o sinal da força for  negativo, isso  mostra que as cargas elétricas possuem sinais contrários e, portanto, os corpos carregados se atraem.
Interação entre corpos carregados: a lei de Coulomb
Olhe as duas expressões abaixo: 
 e 
 A da esquerda mostra a interação elétrica  entre dois corpos com cargas  e .
A da direita representa a interação gravitacional entre dois corpos de massa M e m. 
Existem  algumas diferenças muito importantes entre elas:
há somente um tipo de massa (positiva) enquanto que existem dois tipos de carga elétrica ­ positiva e negativa ­ que se  comportam de maneiras opostas.
a gravitação é puramente atrativa, mas a força elétrica pode ser ou atrativa ou repulsiva ;
Interação entre corpos carregados: a lei de Coulomb
A força magnética surge quando um condutor percorrido por uma corrente elétrica (i) está no interior de um campo magnético ();
Corrente elétrica: consiste no fluxo ordenando de partículas portadores de carga elétrica ou o deslocamento de cargas dentro de um condutor, quando existe uma tensão.
Campo magnético (): região do espaço capaz de exercer forças sobre cargas elétricas em movimento e em materiais dotados de propriedades magnéticas. O campo magnético é uma grandeza física vetorial medida em tesla (T).
Força magnética 
Força magnética 
 força magnética
:corrente elétrica
: comprimento ativo do condutor sob efeito do campo magnético
: campo magnético
ângulo entre o campo e a superfície longitudinal do condutor
Regra da mão esquerda
Regra da mão direita
Força magnética 
Ou ainda:
Onde :
: carga elétrica
: velocidade da carga
: campo magnético
ângulo entre o campo e a superfície longitudinal do condutor
Força magnética 
Regra da mão direita/regra do tapa
Regra da mão esquerda
Exercícios
1) Duas partículas eletricamente carregadas, com cargas de 1,0 μC e 2,0 mC, são separadas no vácuo a uma distância de 0,5 m. Determine o módulo da força elétrica existente entre as cargas.
2) Duas partículas puntiformes carregadas de cargas elétricas idênticas e de módulo q encontram-se separadas a uma distância d. Em seguida, dobra-se (2q) o módulo de uma das cargas, triplica-se o módulo da outra (3q) e altera-se a distância entre as cargas para um terço da distância inicial entre elas (d/3). Determine a razão entre as forças elétricas inicial e final existentes entre as cargas.
3)  Uma carga elétrica puntiforme de 1,0 . 10-5C passa com velocidade 2,5 m/s na direção perpendicular a campo de indução magnética e fica sujeita a uma força de intensidade 5,0 . 10-4N.
Determine a intensidade deste campo.
Faça um esquema representando as grandezas vetoriais envolvidas
Exercícios
4) Um condutor retilíneo é percorrido por uma corrente elétrica de intensidade i = 2,0A, ao ser imerso em um campo magnético uniforme de intensidade B = 0,0002T, qual a força magnética num trecho deste condutor, de comprimento l = 20cm, nos seguintes casos:
a)			 b) 		 c)
Respostas:
1) 72 N
2) FO/F=1/54
3) a) 20T
4) a) 0N; b) 8.10-5N; c) 4.10-5N;