Charles Coulomb (1736 - 1806) Físico francês
, estudou a força exercida por uma carga
sobre outra utilizando uma balança de
torção. No experimento de Coulomb, as
esferas carregadas eram muito menores do que
a distância entre elas, de modo que as
cargas podiam ser consideradas como
puntiformes.
Lei de Coulomb - 1785
Observa-se que cargas de mesmo sinal se
repele e de sinais contrários se atraem. As
forças formam um par de ação e reação ao
logo da linha que une as cargas. Se a
distância entre as duas cargas q1
e q2 for r, o módulo da força
eletrostática entre elas é dado por:
Onde "k" é uma constante determinada
experimentalmente chamada de constante
eletrostática ou constante de Coulomb, cujo
o valor é: k = 8,99.109 N.
m2 / C2.
Balança de torção de Coulomb utilizada para
determinar a força de origem elétrica.
O
Coulomb é definido no SI como sendo a carga
transportada por uma corrente de 1 A que
atravessa a seção reta de um fio condutor
durante 1 segundo. dq = i
dt
No SI a constante eletrostática k é dada por
k = 1/ 4pe0
= k = 8,99.109 N.
m2 / C2.
A permissividade do meio (vácuo),
e0,
é dada por
e0
= 8,85.10-12 C2/N.m2
Observe que a equação de Coulomb tem a mesma
forma da equação de Newton para o cálculo da
força gravitacional entre duas
partículas de massa m1 e m2
separadas por uma distância r.
Exemplos:
1 - Em um átomo de
hidrogênio, o elétron e separado por uma
distância média de aproximadamente 5,3 . 10
-11 m. Calcule o o módulo da
força eletrostática de atração exercida pelo
próton sobre o elétron. (R= 8,19.10-8
N)
2 - Duas cargas
puntiformes de 0,06 mC cada são separadas
por uma distância de 10 cm. Determine o
módulo da força exercida por uma das cargas
puntiforme sobre a outra. (R= 2,25.10-3
N)
3 - Calcule a relação
entre a força elétrica e a força
gravitacional exercidas por um próton sobre
um elétron de um átomo de hidrogênio.
4 - Três cargas puntiformes estão apoiadas
sobre o eixo x; q1 está na
origem, q2 está na posição 2m e q0
está numa posição arbitrária x (x>2 m).
Determinar a força resultante sobre q0
devida a q1 e q2 se q1
= + 25nC, q2 = -10 n C, q0 =
+ 5nC e x = 3,5
m.
5 - A carga q1
= + 25nC está na origem do sistema
cartesiano, a carga q2 = - 15nC
está sobre o eixo x em x = 2m e a
carga q0 = + 20nC está
posicionada em um ponto de coordenadas x =
2m e y = 2m. Determine o módulo, a direção e
o sentido da força resultante sobre q0.
6- Duas partículas carregadas com + 10 nC
estão separadas por 2 cm sobre o eixo
x. Qual é a força resultante sobra a
partícula de + 10 nC posicionada no ponto
médio da distância entre elas? Qual será a
força resultante se a partícula da direita
for substituída por outra, com - 10 nC de
carga?
7- Três partículas carregadas com q1
= - 50 nC, q2 = + 50 nC e
q3 = + 30 nC são
colocadas nos cantos do retângulo de
5 cm x 10 cm mostrado na figura.
Qual é a força resultante sobre a
carga q3 devido as duas
outras cargas?
8- Uma pequena esfera de
plástico carregada com - 10 nC está suspensa
1 cm acima de uma pequena conta de vidro que
se encontra em repouso sobre uma mesa. A
conta tem massa de 15 mg e carga de + 10 nC.
A conta de vidro saltará para cima, em
direção à esfera de plástico?
9- Qual deve ser a distancia entre a carga
pontual q1 = 26
mC e carga
pontual q2 = - 47
mC para que a
força eletrostática entre elas tenha uma
intensidade de 5,70 N ?
10- Uma carga pontual de + 3,0 x 10-6
C está distante de 12 cm de uma segunda
carga pontual de - 1,5 x 10-6 C.
Calcule a intensidade da força sobre cada
carga.
11- Duas partículas
igualmente carregadas, mantidas a uma
distância de 3,2 x 10-3 m, são
soltas a partir do repouso. Observa-se que a
aceleração inicial da primeira
partícula é de 7,0 m/s2 e que a
segunda é de 9,0 m/s2. Se a
massa da primeira partícula for 6,3 x 10-7
kg, quais são: a) a massa da segunda
partícula e b) a intensidade da carga de
cada partícula?
12- Duas
esferas condutoras isoladas e idênticas 1 e
2 possuem cargas iguais e estão
separadas por uma distância que é grande,
comparados com seus diâmetros. A força
eletrostática atuando na esfera 2
devido à esfera 1 é F. Suponha agora que uma
terceira esfera idêntica, a esfera 3,
tendo um cabo isolante e inicialmente
neutra, toque primeiro a esfera 1, depois
a esfera 2 e finalmente seja removida. Em
termos de intensidade F, qual a intensidade
da força eletrostática F' que atua
agora sobre a esfera 2?
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