Força elétrica

A força elétrica é a força que surge quando há duas cargas elétricas interagindo com os campos elétricos umas das outras. Calculamos sua intensidade usando a lei de Coulomb.

Sua direção se dá de acordo com a linha imaginária que une as cargas, e seu sentido varia de acordo com os sinais das cargas elétricas. Assim, quando , o sentido entre as forças é atrativo. Mas quando , o sentido entre as forças é repulsivo.

A lei de Coulomb, além de usada no cálculo da força, interliga essa força eletrostática com a distância ao quadrado entre as cargas e o meio em que estão inseridas. O trabalho da força elétrica pode ser encontrado pela quantidade de energia que a carga elétrica precisa para se locomover de um local a outro, independentemente do percurso escolhido. 

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Resumo sobre força elétrica

• A força elétrica trata da interação entre as cargas elétricas.

• A direção da força elétrica é a mesma da reta imaginária que conecta as cargas elétricas, possui sentido atrativo ou repulsivo dependendo dos sinais das cargas, e sua intensidade é calculada pela lei de Coulomb.

• A lei de Coulomb associa a intensidade da força elétrica com a distância entre duas cargas elétricas.

• Cargas elétricas de sinais iguais se atraem. Já cargas de sinais contrários se repelem.

• O trabalho pode ser calculado pelo “esforço” que uma carga elétrica faz para se deslocar de um ponto a outro.

O que é e qual a origem da força elétrica?

A força eletrostática, comumentemente chamada de força elétrica, faz parte das quatro interações fundamentais do universo, junto das forças nuclear forte, nuclear fraca e gravitacional. Ela aparece sempre que há um campo elétrico com carga elétrica em seu interior.

A orientação da força elétrica é a seguinte:

• Direção: paralela à reta imaginária que liga as cargas elétricas.

• Sentido: atrativo se as cargas tiverem mesmo sinal ou repulsivo se as cargas tiverem sinais opostos.

• Intensidade: calculada pela lei de Coulomb.

Lei de Coulomb

A lei de Coulomb é o princípio físico responsável pela associação entre a força eletrostática e a distância entre duas cargas elétricas imersas no mesmo meio. Foi desenvolvida por Charles-Augustin de Coulomb (1736‒1806) em 1785.

Há uma relação de proporcionalidade entre a força e as cargas, mas a força é inversamente proporcional ao quadrado da distância, ou seja, se dobrarmos a distância, a força diminui  do seu valor original.

Vale ressaltar a importância que o sinal das cargas elétricas tem para determinar o sentido da força atuando entre elas, sendo atrativo para cargas de sinais contrários e repulsivo quando as cargas possuem sinais iguais.

A fórmula da lei de Coulomb é representada por:

•  é a força de interação entre as partículas eletricamente carregadas, medida em Newton [N].

•  e  são os módulos das cargas das partículas, medidos em Coulomb .

• d é a distância entre as cargas, medida em metros [m].

• k é a constante eletrostática do meio, medida em .

Observação: A constante eletrostática muda de acordo com o meio em que as cargas estão.

→ Videoaula sobre a lei de Coulomb

Trabalho da força elétrica

O trabalho é a aplicação de uma força por um deslocamento, sendo irrelevante qual caminho foi percorrido, desde que partam do mesmo ponto em direção ao mesmo lugar.

Em vista disso, o trabalho da força elétrica depende da força aplicada sobre uma carga elétrica para atravessar a distância do ponto 1 ao ponto 2, conforme a imagem.

Calculamos o trabalho por meio da fórmula:

• W é o trabalho, medido em joules .

• d é a distância deslocada, medida em metros .

• θ é o ângulo entre , medido em graus.

Leia também: Eletrostática — área da Física destinada ao estudo das cargas em repouso

Força elétrica e campo elétrico

O campo elétrico ocorre nas redondezas de uma carga elétrica ou de uma superfície eletrizada, sendo uma propriedade intrínseca às cargas. A força elétrica surge quando há interação entre campos elétricos de no mínimo duas cargas elétricas, conforme demonstra a imagem.

No que toca a orientação do campo elétrico com relação à força elétrica:

• Direção: a mesma da força elétrica, ou seja, paralela à linha que une as cargas elétricas.

• Sentido: o mesmo da força se , mas oposto ao da força se .

• Intensidade: calculada pela fórmula do campo elétrico ou pela fórmula que relaciona força elétrica e campo elétrico, descrita abaixo:

• q é a carga elétrica, medida em coulomb .

•  é o campo elétrico, medido em .

→ Videoaula sobre campo elétrico

Exercícios resolvidos sobre força elétrica

Questão 1

(Mack-SP) Uma carga elétrica puntiforme com , que é colocada em um ponto P do vácuo, fica sujeita a uma força elétrica de intensidade . O campo elétrico nesse ponto P tem intensidade:

a)

b)

c)

d)

e)

Resolução:

Alternativa A

Como no enunciado o valor da força é fornecido e se pede o campo, podemos utilizar a forma que relaciona ambos:

Lembrando que , temos:

Questão 2

Há uma carga elétrica de em um campo elétrico de  que se desloca 50 cm paralelamente ao eixo do campo. Qual é o trabalho que a carga realiza?

a)

b)

c)

d)

e)

Resolução:

Alternativa E

Usando a fórmula que relaciona o trabalho e a força elétrica:

Como não foi dada a força elétrica, podemos fazer o cálculo usando o campo elétrico e a carga. Lembrando que como a carga é positiva, sua força e campo estão no mesmo sentido, então o ângulo entre a força e a distância deslocada é de 0°:

Por Pâmella Raphaella Melo
Professora de Física