Exemplo da Lei de Coulomb

A lei de Coulum foi produzida pela primeira vez pela criação do equilíbrio de Coulum que foi criada pelo cientista francês Charles Augustin Coulomb, inventou uma balança para estudar a torção de fibras e fios, posteriormente essa mesma balança foi utilizada em seguida, reproduzir em um pequeno espaço as leis de atração e carga estática que Isaac Newton e Johannes Kepler enunciaram sobre a relação das forças de gravidade entre os planetas

A balança de torção consiste em dois cilindros de vidro, um longo e fino, na extremidade dos quais está suspensa uma haste de prata. Do outro lado da haste, que é em um cilindro mais largo e com escala numérica, há outra haste horizontal, na extremidade da qual colocou uma bola de medula de sabugueiro. No topo da escala, há um orifício através do qual outra esfera de miolo de sabugueiro presa a uma haste é inserida.

Quando as duas hastes são colocadas juntas sem cargas estáticas, não há forças de atração ou repulsão e elas permanecem em repouso. Quando uma carga é aplicada a eles por um eletrodo, eles se rejeitarão se tiverem sinais iguais ou se aproximarão se tiverem sinais opostos.

Esta experiência foi então realizada em esferas suspensas no vácuo. Esses experimentos o levaram a expressar a lei das cargas eletrostáticas, mais conhecida como Lei de Coulomb, que diz: “A força que duas cargas elétricas exercem uma sobre a outra é diretamente proporcional ao produto de suas cargas eletrostáticas e inversamente proporcional ao quadrado da distância que o Parar."

Isso significa que duas cargas eletrostáticas irão se repelir com uma certa força, que é inicialmente calculada pelo produto da carga 1 e carga 2 (q₁ Por que₂). E essa força de repulsão irá variar diretamente em função do aumento ou diminuição de ambas ou de uma das cargas, considerando que a distância entre as esferas carregadas é constante.

Quando a distância varia, a força irá variar na proporção inversa ao quadrado da distância, ou seja, se, por exemplo, as cargas permanecerem igual e a distância inicial é duplicada, então teremos 2 X 2 = 4 e sua relação inversa indica que a força será ¼ da força com a distância 1.

Isso é explicado com as seguintes fórmulas:

F = q₁* o que₂ para uma distância constante.
F = q₁* o que₂/ d² para uma distância variável.

Além disso, é necessário aplicar uma constante (k), que nos permitirá determinar a força que sempre atua em relação à carga. Esta constante é determinada pela força repulsiva, a distância, a carga e o meio que divide as cargas, que pode ter diferentes graus de condutividade devido à sua condutividade e densidade, que é chamado de coeficiente dielétrico.

UNIDADES DE MEDIDA. Como em todos os cálculos de grandezas físicas, usamos várias unidades de medida. Para esses cálculos, as unidades são as seguintes:

F: Newton (1 newton é igual à força necessária para mover 1 quilograma por 1 metro a cada segundo)

Carga (q1, q2): Coulumb (1 Coulomb é igual a 6,28 X 10¹⁸ elétrons)
Distância (d): Metro (unidade de medida no sistema métrico)

K: A constante dielétrica é determinada pela força de rejeição eletrostática em duas cargas de mesma magnitude, que no vácuo é 8,988 X 10⁹ Newton, para cada metro quadrado e dividido pelo quadrado da carga. Para fins práticos, o valor é arredondado para 9 X 10⁹ Nm²/ q². Então teremos as seguintes fórmulas:

F = (k) q₁ Por que₂ Para distâncias fixas.
F = (k) q₁ Por que₂ / d² para distâncias variáveis.

Se desenvolvermos esta última fórmula, teremos:

F = (9X10⁹ m² / q²) Por que₁ Por que₂ / d²

Esta fórmula é válida para o Vazio. No caso de as cargas estarem em um meio diferente, a constante será dividida pelo coeficiente dielétrico do meio. As fórmulas serão as seguintes:

F = (k / e) q₁ Por que₂ Para distâncias fixas.
F = (k / e) q₁ Por que₂ / d² para distâncias variáveis.

Constante dielétrica de algumas substâncias:

Vazio: 1
Ar: 1
Cera: 1.8
Água: 80
Álcool: 15
Artigo: 1.5
Parafina: 2.1

4 exemplos da Lei de Coulomb:

Exemplo 1.

Calcule a força com a qual duas esferas com cargas de 3 X 10 se repelem^-5 Coulomb e 5 X 10^-5, a uma distância de 40 centímetros, no vácuo.

F =?
o que₁ = 1 x 10^-5
o que₂ = 1 x 10^-5
d = 0,4 metros
k = 9 X 10⁹ m²/ d²
o que₁ Por que₂ = (3 X 10^-3) (5 x 10^-5) = 1 X 10^-10
d² = 0,16 m
o que₁ Por que₂ / d^{2 =}1 x 10^-8/ 0,16 = 6,25 X 10^-10
k x (q₁ Por que₂ / d²) = (9 X 10⁹) (6.25/10-¹⁰) = 5.625 N.

Exemplo 2

Calcule com os mesmos dados do exemplo anterior, a força com a qual as cargas são repelidas por hora com cargas iguais de 2,5 X 10^-6 Coulomb.

F =?
o que₁ = 2,5 X 10^-6
o que₂ = 2,5 X 10^-6
d = 0,4 metros
k = 9 X 10⁹ m²/ d²
o que₁ Por que₂ = (2,5 X 10^-6) (2,5 X 10^-6) = 6,25 X 10^-12
d² = 0,16 m
o que₁ Por que₂ / d^{2 =}15 x 10^-8/ 0,16 = 39,0625 X 10^-12
k x (q₁ Por que₂ / d²) = (9 X 10⁹) (39,0625 X 10^-12) = 0,315 N. (31,5 X 10^-2 N)

Exemplo 3

Usando os mesmos dados do exemplo 2, calcule a força de repulsão com o dobro da distância, ou seja, a 80 centímetros.

F =?
o que₁ = 2,5 X 10^-6
o que₂ = 2,5 X 10^-6
d = 0,8 metros
k = 9 X 10⁹ m²/ d²
o que₁ Por que₂ = (2,5 X 10^-6) (2,5 X 10^-6) = 6,25 X 10^-12
d² = 0,64 m
o que₁ Por que₂ / d^{2 =}15 x 10^-8/ 0,16 = 9,765625 X 10^-12
k x (q₁ Por que₂ / d²) = (9 X 10⁹) (9,765625 X 10^-12) = 0,0878 N. (8,78 X10^-2 N)

Exemplo 4

Calcule o exemplo 3, em um meio dielétrico diferente, agora em álcool.

F =?
o que₁ = 2,5 X 10^-6
o que₂ = 2,5 X 10^-6
d = 0,8 metros
k = 9 X 10⁹ m²/ d²
e = 15
o que₁ Por que₂ = (2,5 X 10^-6) (2,5 X 10^-6) = 6,25 X 10^-12
d² = 0,64 m
o que₁ Por que₂ / d^{2 =}15 x 10^-8/ 0,16 = 9,765625 X 10^-12
k / e = (9 X 10⁹) / 15 = 6 X 10⁸
k X (q₁ Por que₂ / d²) = (6 X 10⁸) (9,765625 X 10^-12) = 0,00586 N (5,86 X 10^-3 N)