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Princípios de física
TESTE RÁPIDO 19.2 Três objetos são trazidos para perto um do outro, dois de
Cabeça de suspensão
cada vez. Quando os objetos A e B são aproximados, eles se atraem. Quando os objetos B e C são aproximados, eles se repelem. Qual das seguintes afirmações é verdadeira? (a) Os objetos A e C possuem cargas de mesmo sinal. (b) Os objetos A e C possuem cargas de sinal oposto. (c) Todos os três objetos possuem cargas de mesmo sinal. (d) Um objeto é neutro. (e) Experimentos adicionais devem ser realizados para determinar informações sobre as cargas nos objetos.
Fibra
19.4 | Lei de Coulomb Forças elétricas entre objetos carregados foram medidas quantitativamente por Charles Coulomb usando a balança de torção, que ele mesmo inventou (Fig. 19.6). Coulomb confirmou que a força elétrica entre duas pequenas esferas carregadas é proporcional ao inverso do quadrado da distância de separação r, ou seja, Fe µ 1/ B r2. O princípio de funcionamento da balança de torção é o mesmo que o do apaA rato usado por Sir Henry Cavendish para medir a densidade da Terra (Seção 11.1), com as esferas eletricamente neutras substituídas por carregadas. A força elétrica entre as esferas carregadas A e B na Figura 19.6 faz com que as esferas tanto se atraiam ou se repilam, e o movimento resultante faz com que a fibra suspensa se Figura 19.6 Balança de torção de Coulomb, que foi usada para torça. Como o torque resultante da fibra torcida é proporcional ao ângulo pelo qual estabelecer a lei do inverso do ela gira, uma medição deste ângulo proporciona uma medida quantitativa da força quadrado da força eletrostática elétrica de atração ou repulsão. Uma vez que as esferas são carregadas por fricção, entre duas cargas. a força elétrica entre elas é muito grande comparada com a atração gravitacional, e assim a força da gravidade pode ser ignorada. No Capítulo 5, apresentamos a lei de Coulomb, que descreve o módulo da força eletrostática entre duas partículas carregadas com cargas q1 e q2 e separadas por uma distância r: Fe = ke
q1 q2
19.1
r2
onde ke (= 8,987 6 ´ 109 N ⋅ m2/C2) é a constante de Coulomb e a força é dada em newtons se as cargas são dadas em coulombs e se a distância de separação é dada em metros. A constante ke também é escrita como ke =
1 4pe0
INTERFOTO/Alamy
onde a constante: e0 (letra grega épsilon), conhecida como a permissividade do vácuo, tem o valor de
Charles Coulomb Físico francês (1736-1806) As maiores contribuições de Coulomb para a ciência foram nas áreas de eletrostática e magnetismo. Durante sua vida, ele também investigou as forças de materiais e determinou as forças que afetam os objetos em vigas, contribuindo assim para o campo da mecânica estrutural. No campo da ergonomia, sua pesquisa proporcionou uma compreensão fundamental das maneiras como as pessoas e os animais podem realizar melhor o trabalho.
Princ Fisica vol III.indb 8
e0 = 8,854 2 ´ 10–12 C2/N ⋅ m2 Note que a Equação 19.1 dá apenas o módulo da força. A direção da força sobre uma dada partícula deve ser encontrada considerando-se onde estas partículas estão localizadas em relação umas às outras e o sinal de cada carga. Portanto, uma representação gráfica de um problema em eletrostática é muito importante na análise do problema. A carga de um elétron é q = – e = –1,60 ´ 10–19 C, e o próton tem a carga q = +e = 1,60 ´ 10–19 C; portanto, 1 C de carga é igual ao módulo da carga de (1,60 ´ 10–19 C)–1 = 6,25 ´ 1018 elétrons. (A carga elementar e foi introduzida na Seção 5.5.) Note que 1 C é uma quantidade substancial de carga. Em experimentos eletrostáticos típicos, onde uma haste de borracha ou de vidro é carregada por fricção, uma carga total na ordem de 10–6 C (= 1 mC) é obtida. Em outras palavras, apenas uma fração muito pequena do total de elétrons disponíveis (na ordem de 1023 em uma amostra de 1 cm3) é transferida entre a haste e o material de fricção.
03/06/2014 13:45:28