Física — Eletrostática

Lei de Coulomb

Prof. Jonas Pinheiro

Fórmulas de Referência

F = k · |q₁| · |q₂| / d² Lei de Coulomb (módulo)
k = 9 × 10⁹ N·m²/C² Constante eletrostática (vácuo)
1 μC = 10⁻⁶ C Microcoulomb para coulomb
F⃗_res = F⃗₁ + F⃗₂ + ... Princípio da superposição
|F⃗_res|² = F₁² + F₂² + 2F₁F₂cosθ Resultante de dois vetores
F_res = F·√3 Resultante (forças iguais, θ = 60°)
Convenção de sinal: cargas de mesmo sinal se repelem; cargas de sinais opostos se atraem. Adote sentido positivo explicitamente em cada problema.
Questões
Questão 1 Obtenção de carga

Dois corpos eletrizados são colocados no vácuo a uma distância de 30 cm entre si. Sabe-se que a carga de um deles é q₁ = 4 μC e que a força elétrica entre eles tem módulo F = 0,20 N.

a) Determine o valor da carga q₂.

b) Se a distância for reduzida à metade, o que acontece com a força? Justifique algebricamente.

Questão 2 Superposição — 3 cargas colineares

Três cargas pontuais estão dispostas sobre um eixo horizontal conforme o esquema abaixo:

q₁ = +6 μC  em  x = 0
q₂ = −3 μC  em  x = 20 cm
q₃ = +4 μC  em  x = 50 cm

a) Calcule as forças que q₁ e q₃ exercem sobre q₂ (módulo e sentido).

b) Determine a força resultante sobre q₂ (módulo e sentido).

Questão 3 Ponto de equilíbrio

Duas cargas positivas são fixadas em uma reta:

q₁ = +1 μC  em  x = 0
q₂ = +4 μC  em  x = 60 cm

Uma terceira carga q₃ = +2 μC é colocada sobre esse mesmo eixo, entre q₁ e q₂.

a) Em que posição x deve ser colocada q₃ para que a força elétrica resultante sobre ela seja nula?

b) Por que essa posição de equilíbrio não seria possível se q₃ estivesse fora do segmento q₁q₂?

Questão 4 Geometria — triângulo equilátero

Três cargas idênticas q = +5 μC são colocadas nos vértices de um triângulo equilátero de lado L = 40 cm.

a) Calcule o módulo da força que cada uma das outras cargas exerce sobre q₃.

b) As forças sobre q₃ formam um ângulo de 60° entre si. Use a fórmula da resultante para dois vetores e mostre que Fres = F·√3.

c) Determine o módulo e indique a direção da força resultante sobre q₃.