Enunciado
Física - Halliday - Vol 3- Ed: 4º - Capítulo 27.Exercícios e Problemas - Ex. 11
Uma casca esférica metálica, fina, descarregada tem em seu centro uma carga pontual . Usando a Lei de Gauss, determine as expressões para o campo elfetrico no interior da ca:ca e no exterior da casca. (c) A casca influencia de algma maneira o campo gerado por ? (d) A presença de influencia de alguma forma a casca? (e) Se uma segunda carga pontual é mantida no exterior da casca, haverá alguma forya atuando nela? (f) A carga pontual no interior sofrerá a ação de alguma força? ( ) Há alguma contradiç̄̄o com a terceira lei de Newton neste caso? Por que ou por que não?
Passo 1
(a) Coloque uma superfície gaussiana esférica dentro da casca centrada na carga puntiforme. Gauss' estados de direito
Como há simetria esférica, o campo elétrico é normal à superfície esférica gaussiana e é o mesmo em toda parte nessa superfície. O produto escalar simplifica para , enquanto E é uma constante na superfície, podemos retirá-lo da integral e acabamos com
onde q é a carga pontual no centro. Agora , onde r é o raio da superfície gaussiana, então
Passo 2
(b) Repita os passos acima, mas coloque a superfície gaussiana fora da casca condutora. Mantenha-o centrado na carga. Duas coisas são diferentes da derivação acima: (1) r é maior e (2) existe uma casca condutora esférica não carregada dentro da superfície gaussiana. Nenhuma das mudanças afetará a integral da superfície ou qenc, então o campo elétrico fora da casca ainda é
Passo 3
(c) Esta é uma pergunta sutil. Com toda a simetria aqui, parece que a casca não tem efeito; o campo se parece com um campo de carga pontual. Se, no entanto, a carga fosse deslocada do centro, o campo dentro da casca ficaria distorcido e não poderíamos usar a lei de Gauss para encontrá-la. Então a casca faz diferença.
Fora da casca, no entanto, não podemos dizer o que está acontecendo dentro dela. Portanto, o campo elétrico fora da casca se parece com um campo de carga pontual originado no centro da casca, independentemente de onde dentro da casca a carga pontual esteja colocada!
Passo 4
(d) Sim, q induz cargas superficiais na casca. Haverá uma carga -q na superfície interna e uma carga q na superfície externa.
Passo 5
(e) Sim, pois existe um campo elétrico da casca, não existe?
Passo 6
(f) Não, pois o campo elétrico da carga externa não passará por uma casca condutora. O condutor atua como uma blindagem.
Passo 7
(g) Não, isso não é uma contradição, porque a carga externa nunca experimentou nenhuma atração ou repulsão eletrostática da carga interna. A força está entre a casca e a carga externa.
Resposta
a.
b.
c. Portanto, o campo elétrico fora da casca se parece com um campo de carga pontual originado no centro da casca, independentemente de onde dentro da casca a carga pontual esteja colocada!
d. sim, Haverá uma carga -q na superfície interna e uma carga q na superfície externa.
e. Sim, pois existe um campo elétrico da casca, não existe?
f. não, O condutor atua como uma blindagem.
g. não, A força está entre a casca e a carga externa.