FÍSICA - ONDAS, ELETRICIDADE E MAGNETISMO - Atividade A2

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A Lei de Coulomb trata da força de interação entre as partículas eletrizadas e, a partir dessa Lei, sabemos que as partículas de mesmo sinal se repelem e as de sinais opostos se atraem. Em um sistema que possui duas esferas com cargas   e , estas são colocadas em contato e, após separadas, ambas ficam eletrizadas, respectivamente, com outros valores de carga. É correto afirmar, então, que as cargas elétricas adquiridas por ambas são:
Cargas de mesmo sinal se repelem, enquanto cargas de sinal oposto se atraem. A força entre cargas puntiformes é proporcional ao produto de suas cargas e inversamente proporcional ao quadrado da distância entre elas.
 
ELETRICIDADE e Magnetismo I. Carga elétrica. Disponível em: https://edisciplinas.usp.br/pluginfile.php/107453/mod_folder/content/0/Lei%20de%20Coulomb.pdf?forcedownload=1. Acesso em: 5 dez. 2019.
 
Suponha que duas cargas puntiformes  e estão separadas por uma distância  e possuem uma força de atração . Em seguida, elas entram em contato com posterior separação das esferas com uma distância , sendo a força  o módulo da nova força coulombiana entre  e . É correto afirmar, então, que o quociente  vale:
A discussão qualitativa dos fenômenos elétricos nos fez adotar a hipótese da existência de duas substâncias responsáveis pelas forças elétricas. Faz-se pertinente imaginar que as quantidades das duas podem ser quantificadas em uma grandeza que denominamos carga elétrica, de tal maneira que uma das substâncias corresponde a valores negativos dessa grandeza e a outra equivale a valores positivos. Assim, suponha que duas cargas, e  se atraem, no vácuo, com uma força de intensidade igual a , estando separadas por uma distância de .
 
FÍSICA. A Lei de Coulomb. Disponível em:       http://www.ufjf.br/fisica/files/2013/10/FIII-01-03-A-lei-de-Coulomb.pdf. Acesso em: 5 dez. 2019.
 
A partir do exposto, se a carga for igual a , então , em Coulomb, valerá:
Uma importante propriedade da força elétrica é que ela se apresenta como uma grandeza vetorial, isto é, pode ser escrita por meio dos vetores. Desse modo, os vetores são retas orientadas que apresentam módulo, direção e sentido. Portanto, nos casos em que dois ou mais vetores de força elétrica não forem paralelos ou opostos, é necessário que se apliquem sobre eles as regras da soma vetorial, a fim de calcularmos a força elétrica resultante sobre um corpo ou partícula. Os objetos  e, presentes na figura a seguir, estão situados no vácuo e têm cargas elétricas, respectivamente, iguais a  e . Uma carga  é colocada a uma igual distância de e de :
 
Fonte: Elaborada pelo autor.
 
Considere a constante eletrostática do vácuo igual a . Dessa forma, a carga  sofre a ação de uma força resultante de intensidade, em newtons, igual a:
Na natureza, há grandezas que podem ser divididas indefinidamente em partes menores, por exemplo, um intervalo de tempo. Elas são denominadas grandezas contínuas, pois suas medidas podem corresponder a qualquer número real. Há, também, grandezas que possuem um limite para a sua divisão em partes menores. Essas, por sua vez, são denominadas grandezas quantizadas. É o caso da carga elétrica de um corpo.
 
MÓDULO 1. Eletrostática. Disponível em:         https://docente.ifrn.edu.br/andrebrito/disciplinas/eletrostatica. Acesso em: 10 dez. 2019.
 
Considere um triângulo equilátero, com aresta de comprimento . Suponha que, em seus vértices, há partículas (pontuais) com cargas ,  e , conforme mostra a figura a seguir: 
 
 Fonte: Elaborada pelo autor.
 
Acerca do exposto, qual, dentre as alternativas a seguir, fornece corretamente o valor da carga , em função de , para que a energia eletrostática armazenada em tal sistema seja nula?
O trabalho sobre uma partícula faz com que ela se mova devido à força aplicada. Assim, considerando a figura a seguir, se um sistema é formado por três partículas de carga , qual será o trabalho necessário para formar a configuração de todas as partículas com a mesma carga , em formato de um triângulo equilátero, supondo que elas estão, de início, infinitamente afastadas?
 
Fonte: Elaborada pelo autor.
Para entendermos a origem da carga elétrica de um corpo, é necessário entendermos um pouco sobre a estrutura atômica da matéria. Os prótons e os nêutrons se localizam no núcleo do átomo, que é um caroço central com diâmetro da ordem de . Os elétrons orbitam em torno do núcleo.
 
ROQUE, A. Aula 1. Carga elétrica e Lei de Coulomb. Disponível em:             http://sisne.org/Disciplinas/Grad/FisicaBasica2IBM/aula1.pdf. Acesso em: 5 dez. 2019.
 
Com base no exposto, se colocarmos duas esferas carregadas, porém afastadas cerca de , elas irão se atrair com uma força de . Assim, se uma delas tiver o dobro de carga da segunda, qual é a carga das duas esferas?
(Considere ). 
Três cargas elétricas puntiformes e idênticas, ,  e , são mantidas fixas em suas posições sobre uma linha reta, conforme se verifica na figura a seguir:
 
Fonte: Elaborada pelo autor.
 
O módulo da força elétrica exercida por sobre  é de . Nesse sentido, qual é o módulo da força elétrica resultante sobre ?
Os experimentos realizados até o século 17 concluíram que outros materiais, como o vidro e peles de animais, também apresentavam essa propriedade. Nessa época, o físico francês C. F. du Fay observou que dois objetos, após serem atritados, podiam se repelir ao invés de se atrair.
 
LABORATÓRIO de Eletricidade e Magnetismo. Introdução à Eletrostática. Disponível em:             http://www.ifsc.usp.br/~strontium/Teaching/Material2010-2%20FFI0106%20LabFisicaIII/01-IntroducaoEletrostatica.pdf. Acesso em: 5 dez. 2019.
 
Suponha que três cargas, após serem atritadas com outras, passam a ficar eletrizadas com cargas distintas: ,,. Ao saber que elas estão situadas ao longo do eixo  nas respectivas posições ,  e , qual será a força eletrostática total agindo sobre a carga ?
Duas cargas elétricas puntiformes  e estão colocadas a uma distância  e a força de interação eletrostática entre elas tem intensidade . Logo, se for substituída a carga  por outra igual a , aumenta-se a distância entre elas para . Diante do exposto, qual é a intensidade na nova força de interação eletrostática entre elas?