Força elétrica: o que é e como usar a fórmula - Toda Matéria
Força elétrica é a interação de atração ou repulsão gerada entre duas cargas devido a existência de um campo elétrico ao redor delas.
A capacidade de uma carga criar forças elétricas foi descoberta e estudada pelo físico francês Charles Augustin de Coulomb (1736-1806) no final do século XVIII.
Por volta de 1780, Coulomb criou a balança de torção e com esse instrumento demonstrou experimentalmente que a intensidade da força elétrica é diretamente proporcional ao valor das cargas elétricas que interagem e inversamente proporcional ao quadrado da distância que as separa.
Fórmula da força elétrica
A fórmula matemática, também chamada de Lei de Coulomb, que expressa a intensidade da força elétrica é:
No Sistema Internacional de unidades (SI), a intensidade da força elétrica (F) é expressa em newton (N).
Os termos q1 e q2 da fórmula correspondem aos valores absolutos das cargas elétricas, cuja unidade no SI é coulomb (C), e a distância que separa as duas cargas (r) é representada em metros (m).
A constante de proporcionalidade (K) depende do meio que as cargas estão inseridas, por exemplo, no vácuo esse termo recebe o nome de constante eletrostática (K0) e seu valor é 9.109 N.m2/C2.
Saiba mais sobre a Lei de Coulomb.
A fórmula criada por Coulomb é utilizada para descrever a intensidade da interação mútua entre duas cargas puntiformes. Essas cargas são corpos eletrizados cujas dimensões são desprezíveis se comparadas com a distância entre elas.
Para calcular a força elétrica os sinais das cargas elétricas não são levados em consideração, apenas seus valores. Veja como calcular a força elétrica com os exemplos a seguir.
Exemplo 1: Duas partículas eletrizadas, q1 = 3,0 x 10-6 C e q2 = 5,0 x 10-6 C, e de dimensões desprezíveis situam-se a uma distância de 5 cm uma da outra. Determine a intensidade da força elétrica considerando que elas estão no vácuo. Utilize a constante eletrostática K0 = 9 . 109 N.m2/C2.
Solução: Para encontrar a força elétrica, os dados devem ser aplicados na fórmula com as mesmas unidades da constante eletrostática.
Observe que a distância foi dada em centímetros, mas a constante apresenta metro e, por isso, o primeiro passo é transformar a unidade de distância.
O próximo passo é substituir os valores na fórmula e calcular a força elétrica.
Chegamos a conclusão que a intensidade da força elétrica que age sobre as cargas é de 54 N.
Exemplo 2: A distância entre os pontos A e B é de 0,4 m e nas extremidades estão situadas as cargas Q1 e Q2. Uma terceira carga, Q3, foi inserida em um ponto que está a 0,1 m de Q1.
Calcule a força resultante sobre Q3 sabendo que:
Q1 = 2,0 x 10-6 C
Q2 = 8,0 x 10-6 C
Q3 = – 3,0 x 10-6 C
K0 = 9 . 109 N.m2/C2
Solução: O primeiro passo para resolver esse exemplo é calcular a intensidade da força elétrica entre duas cargas por vez.
Vamos iniciar calculando a força de atração entre Q1 e Q3.
Agora, calculamos a força de atração entre Q3 e Q2.
Se a distância total entre a reta é de 0,4 m e Q3 está posicionada a 0,1 m de A, quer dizer que a distância entre Q3 e Q2 é de 0,3 m.
A partir dos valores das forças de atração entre as cargas, podemos calcular a força resultante da seguinte forma: