A Lei de Coulomb descreve a força elétrica que existe entre duas cargas elétricas. Ela foi descoberta pelo físico francês Charles-Augustin de Coulomb no século XVIII.
Essa força depende de três fatores principais:
- Do valor das cargas envolvidas
- Da distância entre elas
- Do meio onde as cargas estão (ar, vácuo, água, etc.)
No vácuo ou no ar (casos mais comuns nos estudos), a fórmula da força entre duas cargas é:
\( F = k \cdot \frac{|q_1 \cdot q_2|}{d^2} \)
- \( F \): força elétrica (em newtons, N)
- \( q_1 \) e \( q_2 \): cargas elétricas (em coulombs, C)
- \( d \): distância entre as cargas (em metros, m)
- \( k \): constante eletrostática do meio. No ar ou no vácuo, \( k = 9{,}0 \times 10^9 \, \text{N} \cdot \text{m}^2/\text{C}^2 \)
#inserir imagem aqui# (duas cargas separadas por uma distância d, com vetores de força entre elas)
Características da força elétrica
- Tem direção da reta que liga as duas cargas
- É repulsiva se as cargas forem de sinais iguais
- É atrativa se os sinais forem opostos
Exemplo prático
Duas cargas de \( q_1 = +2{,}0 \times 10^{-6} \, \text{C} \) e \( q_2 = -3{,}0 \times 10^{-6} \, \text{C} \) estão separadas por uma distância de 0,05 m. Qual é a intensidade da força entre elas?
Passo 1: Aplicar a fórmula:
\( F = 9{,}0 \times 10^9 \cdot \frac{|2{,}0 \times 10^{-6} \cdot (-3{,}0 \times 10^{-6})|}{(0{,}05)^2} \)
\( F = 9{,}0 \times 10^9 \cdot \frac{6{,}0 \times 10^{-12}}{2{,}5 \times 10^{-3}} \)
\( F = 21{,}6 \, \text{N} \)
Como as cargas têm sinais opostos, a força é atrativa.
Tabela resumo
| Grandeza | Expressão | Unidade |
|---|---|---|
| Força elétrica | \( F = k \cdot \frac{|q_1 \cdot q_2|}{d^2} \) | Newton (N) |
| Constante eletrostática | \( k = 9{,}0 \times 10^9 \, \text{N} \cdot \text{m}^2/\text{C}^2 \) | — |
| Força atrativa | Sinais opostos | — |
| Força repulsiva | Sinais iguais | — |
Exercícios Resolvidos
Exercício 1
Duas cargas puntiformes de \( +4{,}0 \times 10^{-6} \, C \) estão a 3 cm uma da outra. Calcule a força entre elas.
Exercício 2
Uma carga de \( -5{,}0 \times 10^{-6} \, C \) atrai uma carga de \( +1{,}0 \times 10^{-6} \, C \), com força de \( 0{,}9 \, N \). Qual é a distância entre elas?
Exercício 3
O que acontece com a força elétrica se a distância entre as cargas for duplicada?