Lei de Coulomb | Mesoatomic
Cargas se repelem ou se atraem com uma força que varia com o inverso do quadrado da distância entre elas. Com exceção da escala atômica, nas moleculas, sólidos, líquidos, gases e em todas as coisas que envolvem a interação do homem com o meio ambiente, as forças elementares envolvidas são: a gravidade e a força eletromagnetica. Forças de atrito, ligações químicas, viscosidade e as muitas das forças que fazem girar as engrenagens das industrias, são manifestações de forças entre cargas. Aqui estudaresmos a força entre cargas paradas, conhecida como força eletrostática, que é descrita pela lei de Coulomb.
As forças gravitacionais são dominantes em escala cósmica.
As forças elétricas são dominantes em escalas acima da atômica.
Ilustração das forças entre duas cargas. Para cargas em repouso, de sinais distintos, separadas por uma distância \(d\) , temos uma força de atração eletrostática que é descrita pela Lei de Coulomb.
Interação entre cargas pontuais
A força de interação elétrica entre duas cargas pontuais, carregadas e imóveis tem as seguintes propriedades:
1) É diretamente proporcional ao produto das duas cargas elétricas.
2) É inversamente proporcional ao quadrado da distância entre as duas cargas elétricas.
3) Depende do meio onde as cargas estão imersas (permissividade elétrica do meio). Quanto maior a permissividade menor a força entre as cargas.
4) Está orientada ao longo da reta que liga as duas cargas.
5) As forças entre as cargas constituem um par de ação e reação, isto é, satisfazem a terceira lei de Newton-Galileu (Lei da ação e reação).
Matematicamente escrevemos: $$F_{a,b} = k \frac{q_a q_b}{d^2},$$ onde \(k=\frac{1}{4 \pi \epsilon}\) é a constante eletrostática do meio e \(\epsilon\) é a permissividade elétrica do meio. Quando o meio é o vácuo, temos: $$k=k_0= \frac{1}{4 \pi \epsilon_0}=9.0 \times 10^{9} \frac{N m^2}{C^2} $$ onde $$\epsilon = \epsilon_0 = 8.85 \times 10^{-12} \frac{C^2}{N m^2}$$
Constante eletrostática do meio \((k)\)
A força entre duas cargas é máxima no vácuo. Nos meios materiais ela depende do valor da permissividade do meio. Se as cargas elétricas estiverem mergulhadas em um meio material, o valor das forças entre elas torna-se menor, proporcionalmente a redução de \(k\) .
Quando duas ou mais cargas exercem forças simultâneas sobre uma dada carga, observa-se que a força total sobre esta última é a soma vetorial das forças que as várias cargas exerceriam individualmente.