Na resolução de exercícios sobre força elétrica, são necessários conhecimentos sobre as propriedades das cargas elétricas e a Lei de Coulomb.
Publicado por: Mariane Mendes Teixeira em Exercícios de Física
Questão 1
(CESGRANRIO) A lei de Coulomb afirma que a força de intensidade elétrica de partículas carregadas é proporcional:
I. às cargas das partículas;
II. às massas das partículas;
III. ao quadrado da distância entre as partículas;
IV. à distância entre as partículas.
Das afirmações acima
a) somente I é correta;
b) somente I e III são corretas;
c) somente II e III são corretas;
d) somente II é correta;
e) somente I e IV são corretas.
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Questão 2
(UF - JUIZ DE FORA) Duas esferas igualmente carregadas, no vácuo, repelem-se mutuamente quando separadas a uma certa distância. Triplicando a distância entre as esferas, a força de repulsão entre elas torna-se:
a) 3 vezes menor
b) 6 vezes menor
c) 9 vezes menor
d) 12 vezes menor
e) 9 vezes maior
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Questão 3
Duas cargas puntiformes igualmente carregadas com carga elétrica de 3μC estão afastadas uma da outra por uma distância igual a 3 cm e no vácuo. Sabendo que K0 = 9.109 N.m2/C2, a força elétrica entre essas duas cargas será:
a) de repulsão e de intensidade de 27 N
b) de atração e de intensidade de 90 N
c) de repulsão e de intensidade de 90 N
d) de repulsão e de intensidade de 81 N
e) de atração e de intensidade de 180 N
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Questão 4
Uma esfera carregada eletricamente com uma carga Q = 5 nC é colocada na presença de um campo elétrico e de intensidade 5 N/C. A intensidade da força elétrica que atua sobre a esfera é:
a) 10 . 10-10 N
b) 2,5. 10-10 N
c) 1 . 10-10 N
d) 2,5 . 10-8 N
e) 50 . 10-9 N
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Respostas
Resposta Questão 1
A Lei de Coulomb é escrita matematicamente da seguinte forma:
F =
K0.Q1.Q2
d2
A partir dessa equação, vemos que a força elétrica é diretamente proporcional ao valor das cargas elétricas que interagem e inversamente proporcional ao quadrado da distância entre elas. Assim, a única opção correta é a afirmativa I, conforme a letra A.
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Resposta Questão 2
A força elétrica é dada pela expressão:
F = K0.Q1.Q2
d2
Aumentando a distância de d para 2d, a força elétrica passa a ser:
F' = K0.Q1.Q2
(3d)2
Resolvendo o denominador da equação, encontramos:
F' = K0.Q1.Q2
9d2
Assim, podemos reescrever que:
F' = F
9
Ou seja, se triplicarmos a distância, a força elétrica será nove vezes menor, conforme a alternativa C.
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Resposta Questão 3
Dados:
K0 = 9.109 N.m2/C2
Q1 = Q2
= 3μC = 3.10-6 C
d = 3 cm = 3 . 10-2 m
Utilizamos a equação:
F = K0.Q1.Q2
d2
Substituindo os dados, temos:
F = 9.109. 3.10-6. 3.10-6
(3.10-2)2
F = 81. 10-3
9.10-4
F = 90 N
Como as duas cargas são idênticas, elas têm o mesmo sinal, portanto, a força é de repulsão, visto que cargas com sinais iguais repelem-se. Assim, a alternativa correta é a letra C.
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Resposta Questão 4
Dados:
E = 5 N/C
Q = 5 nC = 5.10-9 C
Usamos a equação:
F = E.Q
F = 5 . 5.10-9
F = 25 . 10-9 N
F = 2,5 . 10-8N
Alternativa D
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Eletricidade. É difícil imaginar a vida sem ela. Do chuveiro ao computador, é necessário que aqueles invisíveis elétrons estejam correndo pelas fiações para que nossa vida diária possa manter os confortos e praticidades com os quais nos acostumamos.
Essa forma de energia obedece a algumas leis bem simples que lhes permitem aplicações versáteis, as quais vão do girar motores pesados a projetar na tela de seu computador o texto que você está lendo agora.
Antes de falar das leis e suas equações, vamos dar uma olhada em alguns conceitos. Sabemos que os elétrons têm carga negativa e os prótons têm carga positiva. Sabemos também que, quando próximos, corpos carregados com cargas opostas se atraem, enquanto os carregados com cargas iguais se repelem.
Carga elétrica
Tudo bem, mas o que é exatamente carga elétrica? Bem, para falar a verdade, ninguém sabe... Carga elétrica se inclui entre o que chamamos em ciência de conceitos primitivos, entidades que podemos observar e cujas propriedades e comportamento podemos mensurar, mas não temos como defini-las exatamente. Uma das propriedades que podemos observar e mensurar nas cargas elétricas é a formação de campos elétricos.
Campos elétricos
Campos elétricos se comportam de modo análogo aos campos gravitacionais e magnéticos, uma vez que campos elétricos (assim como os outros campos citados) interagem entre si quando colocados próximos uns dos outros, produzindo forças.
Estas forças são as que produzem a atração entre um corpo carregado com carga positiva e outro com carga negativa, da mesma forma que a repulsão, se ambos forem negativos ou positivos.
Uma forma esquemática de compreender os campos elétricos é representá-las através de linhas de força. A figura abaixo mostra as linhas de força que formam os campos elétricos em torno de uma carga positiva e outra negativa:
Linhas de força de cargas positivas e negativas
Também podemos usar as linhas de força para esquematizar as interações entre dois campos elétricos, conforme a figura que segue:
Interações entre campos elétricos
Um tipo particular de campo elétrico, muito utilizado para simulações, experimentos ou em exercícios de física é o campo elétrico uniforme, esquematizado na figura a seguir:
Representação de um campo elétrico uniforme
Como mostra a figura, o que caracteriza o campo elétrico uniforme são suas linhas de força, que se comportam como paralelas igualmente espaçadas. Isso ocorre quando duas placas paralelas e uniformemente carregadas com cargas de sinais opostos são posicionadas a uma distância próxima uma da outra.
A lei de Coulomb
O campo elétrico uniforme apresenta esta igualdade em suas linhas de força, implicando que o campo se mantém igual entre as placas e, por consequência, uma carga elétrica posicionada entre elas estará sujeita a uma força cuja intensidade e sentido são constantes ao longo do campo. Vistos os conceitos, vamos à lei de Coulomb. Como quase sempre nestes casos, esta lei leva o nome de seu propositor, o cientista francês Charles Coulomb.
Coulomb descobriu que a força elétrica que atua sobre dois corpos eletricamente carregados é diretamente proporcional às suas cargas e inversamente proporcional ao quadrado da distância.
Se você se lembrou da definição de Newton para a força da gravidade acertou em cheio. Como dissemos, campos elétricos e gravitacionais são análogos.
Portanto, o enunciado da Lei de Coulomb pode ser escrito assim:
Onde:
F =
força (medida em Newtons [N]);
q = carga elétrica (medida em Coulombs [C])
r = distância (medida de metros [m])
k= constante eletrostática (medida em N.m2/C2)
A próxima figura representa como estas grandezas se relacionam:
Representação das grandezas da Lei de Coulomb
A constante eletrostática varia conforme o meio em que estão imersas as cargas. No vácuo, k = 9.109 N.m2/C2.
E foi assim que a era da eletricidade começou. Sabendo que existem cargas elétricas e como se comportam mecanicamente, aprendemos como controlar a movimentação dessas cargas e aproveitar a sua energia.