CAPÍTULO 21 - FORÇA ELÉTRICA - LEI DE COULOMB

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LEI DE COULOMB
A Lei de Coulomb é uma lei da física que descreve a interação eletrostática entre partículas eletricamente carregadas. Foi formulada e publicada pela primeira vez em 1783 pelo físico francês Charles Augustin de Coulomb e foi essencial para o desenvolvimento do estudo da Eletricidade.
Esta lei estabelece que o módulo da força 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 r entre eles. 
Esta força pode ser atrativa ou repulsiva dependendo do sinal das cargas. É atrativa se as cargas tiverem sinais opostos. É repulsiva se as cargas tiverem o mesmo sinal.
Após detalhadas medidas, utilizando uma balança de torção, Coulomb concluiu que esta força é completamente descrita pela seguinte equação:
onde 0, conhecida como constante de permissividade, às vezes aparece separadamente nas equações e tem o valor : 0 = 8,85x10-12C2/N.m2.
Outra forma da equação da lei de Coulomb é : 
onde K,, conhecida como constante de eletrostática e tem o valor : 
K = = 8,99 x 109 N.m2/C2.
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		EXEMPLO 1:
		Duas partículas positivamente carregadas situadas em pontos fixo do	eixo x. As cargas são q1 = 1,60 x 10-19 C e q2 = 3,20 x 10-19 C e a 	distância entre as cargas é R = 0,020 m. Determine o módulo e a 	orientação da força eletrostática F12 exercida pela partícula 2 sobra a 	partícula 1. 
	
	
	 
 
	 		 F = 1,15 x 10-24N e 180°
								
	
EXEMPLO 2:
    
Três cargas elétricas puntiformes idênticas, Q1, Q2 e Q3, são mantidas fixas em suas posições sobre uma linha reta, conforme indica a figura a seguir. Sabendo-se que o módulo da força elétrica exercida por Q1 sobre Q2 é de 4,0 × 10-5 N, qual é o módulo da força elétrica resultante sobre Q2? 
F1,2 = 4X10-5N  r = 10 cm
F3,2 = 16X10-5N  r = 5 cm
F2 = F3,2 - F1,2 = 16X10-5N - 4X10-5N = 12X10-5N = 1,2X10-4N 
   
a) 4,0 × 10-5 N. 
b) 8,0 × 10-5 N. 
c) 1,2 × 10-4 N. 
d) 1,6 × 10-4 N. 
e) 2,0 × 10-4 N. 
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	EXERCÍCIOS DE FIXAÇÃO:
1°) Dois objetos metálicos esféricos idênticos, contendo cargas elétricas de 1 C e de 5 C, são colocados em contato e depois afastados a uma distância de 3 m. Considerando k = 9 ×109 N.m2/C2, podemos dizer que a força que atua entre as cargas após o contato é: 
	a) atrativa e tem módulo 3 ×109 N. 
	b) atrativa e tem módulo 9 × 109 N. 
	c) repulsiva e tem módulo 3 × 109 N. 
	d) repulsiva e tem módulo 9 × 109 N. 
	e) zero. 
2°) Duas esferas carregadas, afastadas de 1 m, se atraem com uma força de 720 N. Se uma esfera tem o dobro da carga da segunda, qual é a carga das duas esferas? (Considere k = 9 . 109 Nm2/C2) 
	a) 1,0 . 10-4C e 2,0 . 10-4 C 
	b) 2,0 . 10-4C e 4,0 . 10-4 C 
	c) 3,0 . 10-4C e 6,0 . 10-4 C 
	d) 4,0 . 10-4C e 8,0 . 10-4 C 
	e) 5,0 . 10-4 C e 10,0 . 10-4 C 
3°) O gráfico mostra como varia a força de repulsão entre duas cargas elétricas, idênticas e puntiformes, em função da distância entre elas.
Considerando a constante eletrostática do meio como determine:
a) o valor da força F.
b) a intensidade das cargas elétricas. 
4°) Um pêndulo elétrico de comprimento R e massa m = 0,2 kg, eletrizado com carga Q positiva, é repelido por outra carga igual, fixa no ponto A. A figura mostra a posição de equilíbrio do pêndulo. Qual é o módulo das cargas?
 Dado: g = 10 m/s2
 
Exercícios do PLT – Capítulo 21
3) Qual deve ser a distância entre a carga pontual q1 = 26,0C e a carga pontual q2 = - 47,0C para que a força eletrostática entre as duas cargas tenha um módulo de 5,70N ? 
9) Duas esferas condutoras iguais, mantidas fixas, se atraem mutuamente com uma força eletrostática de 0,108 N quando a distância entre os centros é 50,0 cm. As esferas são ligadas por um fio condutor de diâmetro desprezível. Quando o fio é removido, as cargas se repelem com uma força de 0,0360 N. Supondo que a carga total das esferas fosse inicialmente positiva, determine: (a) a carga negativa inicial de uma das esferas; (b) a carga positiva inicial da outra esfera.
15) A cargas e coordenadas de duas partículas mantidas fixas no plano xy são q1 = +3C, X1 = 3,5cm, y1 = 0,50 cm e q2 = -4µC, x2 = -2,0 cm, y2 = 1,5 cm. Determine (a) o módulo e (b) a orientação da força eletrostática que a partícula 1 exerce sobre a partícula 2. Determine também (c) a coordenada x e (d) a coordenada y de uma terceira partícula de carga q1 = +4C para que a força exercida sobre ela pelas partículas 1 e 2 seja nula.
Referências:
BARGRIE, Brian. Electricity and Magnetism: A Historical Perspective. [S.I.]: Greenwood Press, 206.
GASPAR, Alberto. Física: Volume único. São Paulo. Editora Ática, 2005. 406p.
 HALLIDAY, David; RESNICK, Robert; WALKER, Jearl. Fundamentos da Física 3: eletromagnetismo.8ª ed.Rio de Janeiro: LTC – Livros Técnicos e Científicos, 2009.
KIWANGA, Christopher Amelye.IN: Christopher Amelye Kiwanga. Física Nuclear: Introdução à Física Nuclear (em português). 1ed. Reino Unido: [s.n.], 2013.133p. 1 vol.
Links de videos relacionados abaixo
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http://www.youtube.com/watch?feature=player_detailpage&v=xohI5URKRvA - medida da carga elétrica de Millikan
http://www.youtube.com/watch?feature=player_detailpage&v=UNvqRWGYjOc - para-raios de Benjamin Franklin