Exercícios Resolvidos de Lei de Coulomb

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Enunciado

Duas cargas, de 2 μ C e 4 μ C , estão, no vácuo separadas por uma distância d . Se dobrarmos a distância entre elas, a força de repulsão entre elas:

  1. Será dezesseis vezes menor
  2. Será dezesseis vezes maior
  3. Não se alterará
  4. Será quatro vezes maior
  5. Será quatro vezes menor.

Passo 1

Bom pessoal, vamos começar relembrando a fórmula da força elétrica em módulo:

F e = k   .   Q 1   . Q 2 r 2  

A força elétrica depende das cargas elétricas e da distância r entre elas.

Passo 2

Vamos substituir os valores que foram dados no enunciado!

Vamos substituir a constante eletrostática k :

k = 9 × 10 9

Colocando na equação:

F e = ( 9 × 10 9 )   .   Q 1   . Q 2 r 2  

Agora substituindo as cargas:

Q 1 = 2 μ C =   2 × 10 - 6   C

Q 2 = 4 μ C =   4 × 10 - 6   C

Colocando na equação:

F e = ( 9 × 10 9 )   .   2 × 10 - 6     . 4 × 10 - 6   r 2  

Agora a distância r entre as cargas foi chamada de d :

r = d

F e 1 = ( 9 × 10 9 )   .   2 × 10 - 6     . 4 × 10 - 6   d 2

Passo 3

Vamos calcular essa força inicial:

F e 1 = ( 9 × 10 9 )   .   2 × 10 - 6     . 4 × 10 - 6   d 2

Primeiro fazendo a multiplicação de potência. Como tem a mesma base, mantemos a base e somamos os expoentes:

10 9   .   10 - 6 . 10 - 6 = 10 9 + - 6 + - 6 = 10 9 - 6 - 6 = 10 - 3

Agora ficamos com:

F e 1 = 9   .   2   .   4   .   10 - 3 d 2

Agora multiplicando novamente:

9   .   2   .   4 = 72

Substituindo novamente:

F e 1 = 72   .   10 - 3 d 2

Tudo bem, chegamos na força inicial.

Passo 4

Agora queremos saber se mudarmos a distância para o dobro, qual será a força?

Vamos substituir a distância:

r = 2 d

Na equação:

F e = ( 9 × 10 9 )   .   2 × 10 - 6     . 4 × 10 - 6   r 2

Então a equação se torna:

F e 2 = ( 9 × 10 9 )   .   2 × 10 - 6     . 4 × 10 - 6   2 d 2

O numerador da fração, parte que fica em cima, já sabemos o resultado:

F e 2 = 72   .   10 - 3 2 d 2

Agora o denominador:

2 d 2 = 2   .   2   .   d   . d = 4 d 2

Substituindo:

F e 2 = 72   .   10 - 3 4 d 2

Passo 5

Vamos comparar a força inicial com essa segunda força, depois que mudamos as cargas de lugar? Podemos mexer na fração dessa forma

F e 2 = 72   .   10 - 3 4 d 2 = 1 4 .   72   .   10 - 3 d 2  

Na realidade, eu só dividi a fração em duas partes que se multiplicam, ta bom? Continuando, se a força inicial é:

F e 1 = 72   .   10 - 3 d 2

Então podemos substituir esse pedacinho na segunda força

F e 2 = 1 4 .   72   .   10 - 3 d 2 =   1 4 .   F e 1  

Então a comparação fica:

F e 2 = 1 4 .   F e 1   =   F e 1 4    

Ou seja, a segunda força é igual a primeira força dividida por 4 ! Então chegamos na resposta, a força será 4 vezes menor que a força inicial!

Resposta

e) Será quatro vezes menor.