Que semelhanças existem entre uma força elétrica é uma força gravitacional Quais são as diferenças mais relevantes entre essas duas forças?

O campo gravitacional é gerado nas regiões próximas aos corpos que têm massa. Seu valor é proporcional à massa e inversamente proporcional à distância ao centro do corpo.

Sempre que em uma determinada região do espaço há a ação de uma força, podemos dizer que existe também um campo, cuja natureza depende da causa que origina essa força. Por exemplo, se existe força de natureza elétrica em uma determinada região, também há nessa região um campo elétrico.

Compreendendo a noção de campo, vejamos agora como se define o campo gravitacional. Os objetos que possuem massa exercem atração sobre outros corpos que também possuem massa. Como exemplo, podemos citar a atração que a Terra exerce sobre os corpos em sua superfície, ou a atração que o Sol exerce sobre os planetas que orbitam ao seu redor.

A força que justifica esses dois fenômenos está ligada à massa desses corpos e é denominada de força gravitacional, sendo que, na região de atuação dessa força, existe o campo gravitacional.

Todos os corpos que têm massa possuem campo gravitacional, de forma que, ao colocarmos uma partícula na região de atuação desse campo, será estabelecida uma força gravitacional entre ambos.

Matematicamente, o campo gravitacional é dado pela equação:

g = P
     m

Sendo:

g - o campo gravitacional;
P - força de interação graças à existência desse campo;
m – massa do corpo;

A fórmula acima pode ser reescrita da seguinte forma:

P = m.g

Essa expressão é a mesma obtida com a Segunda Lei de Newton. Isso quer dizer que a aceleração da gravidade e o campo gravitacional representam a mesma grandeza física. Porém, só podemos utilizar a expressão acima para calcular o campo gravitacional se já é conhecida a força de interação entre os corpos.

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Para calcular o campo gravitacional em qualquer região do espaço, podemos utilizar a Lei da gravitação universal. Observe a figura a seguir que mostra um corpo de massa M próximo a outro corpo de massa m localizados a uma distância r um do outro.

A força gravitacional entre esses dois corpos é dada pela expressão:

F = G . M .m
    r2

Sendo:

G = 6,67 . 10-11, a constante de gravitação universal;
r – a distância entre os centros dos dois corpos.

Lembrando que há a equação P = m . g, em que P também representa a força gravitacional. Podemos substituir o F da equação acima por m.g, obtendo a expressão:

m.g = G . M .m
         r2

Simplificando m, obtemos:

g = G . M
      r2

A equação acima nos permite calcular o campo gravitacional ou a aceleração da gravidade para qualquer corpo e em qualquer região do espaço. A unidade de medida no S.I. é m/s2, a mesma utilizada para a aceleração.

O campo gravitacional é responsável por ficarmos “presos” à superfície da Terra, pela Lua e os satélites permanecem na órbita do nosso planeta e também por permanecermos em órbita ao redor do Sol.

Força elétrica é força que uma carga elétrica exerce sobre outra. Ela é repulsiva para cargas de mesmo sinal e atrativa para cargas de sinais opostos. Além disso, é uma grandeza vetorial, proporcional ao módulo das cargas e inversamente proporcional à distância que as separa, sendo matematicamente descrita pela lei de Coulomb.

Essa força faz os átomos se repelirem ou se atraírem, dando origem, assim, aos diferentes tipos de ligações químicas, por exemplo. A compreensão sobre a forma como a força elétrica funciona é fundamental para entendermos diversos fenômenos naturais, bem como o grande número de tecnologias que dispomos hoje em dia e que funcionam com base na eletricidade.

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O que é força elétrica?

Força elétrica é a interação exercida entre cargas elétricas. Cargas elétricas de mesmo sinal repelem-se quando aproximadas, e cargas elétricas de sinais diferentes são atraídas. A força elétrica que uma carga exerce sobre outra carga é proporcional ao produto do módulo de suas cargas e inversamente proporcional ao quadrado da distância que as separa.

A força elétrica é também uma grandeza vetorial, pois apresenta módulo, direção e sentido. A unidade de medida da força elétrica é o newton. Além disso, é importante lembrar que, independentemente do módulo das cargas que interagem, a força elétrica exercida sobre ambas as cargas é igual, em decorrência da terceira lei de Newton, chamada Lei da Ação e Reação.

A lei usada para quantificar a intensidade da força elétrica que uma carga produz sobre outras cargas é a lei de Coulomb, que foi nomeada como forma de homenagem a seu descobridor, o físico francês Charles Augustin Coulomb.

Por meio de uma balança de torção, criada por ele mesmo, Charles Coulomb foi capaz de determinar a intensidade da força entre cargas de forma precisa. Com base em seus resultados experimentais, ele deduziu a lei matemática que explica a força de interação entre cargas elétricas.

“A força de atração entre cargas elétricas é proporcional ao produto de suas cargas e inversamente proporcional ao quadrado da distância que as separa.”

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Lei de Coulomb

A fórmula a seguir nos mostra a expressão usada para calcular a intensidade da força de atração ou repulsão entre duas partículas puntuais (partículas de dimensões desprezíveis) carregadas com cargas elétricas de módulo Q1 e Q2, separadas no vácuo, por uma distância d.

Q1 e Q2 – módulos das cargas elétricas (C)

d – distância entre as cargas (m)

k0 – constante eletrostática do vácuo (k0 = 9.109 Nm²/C²)

Uma vez que o módulo da força elétrica que atua entre duas cargas é inversamente proporcional à distância que as separa, o gráfico que relaciona essa força com a separação entre as cargas terá um formato parecido com o gráfico a seguir:

Força elétrica e campo elétrico

A força elétrica e o campo elétrico são grandezas intimamente relacionadas. Toda carga elétrica produz um campo ao seu redor, chamado campo elétrico. Quando uma partícula eletricamente carregada com carga positiva é abandonada em uma região onde há campo elétrico, sobre ela surge uma força elétrica proporcional ao módulo de sua carga. Entretanto, quando uma carga elétrica de sinal negativo é abandonada nas mesmas condições, ela se move no sentido oposto ao sentido do campo elétrico.

O campo elétrico é, por definição, a força elétrica produzida por unidade de carga. A relação entre o campo elétrico e a força elétrica é a seguinte:

E – campo elétrico (N/C)

q – carga elétrica

Trabalho da força elétrica

Trabalho da força elétrica é a quantidade de energia que uma carga elétrica “ganha” ou “perde” ao se deslocar ao longo de uma região de campo elétrico não nulo. Para que algum trabalho seja exercido sobre a carga elétrica, é necessário que ela se desloque, mesmo que parcialmente, na  direção das linhas do campo elétrico. A fórmula utilizada para calcular o trabalho exercido pela força elétrica é mostrada na figura a seguir:

τ – trabalho (J)

d – distância

θ – ângulo entre F e d

Agora que já aprendemos sobre o que é a força elétrica e como calculá-la, que tal aprender mais com exercícios resolvidos sobre o assunto?

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Exercícios resolvidos sobre força elétrica

Questão 1 — Duas cargas elétricas puntiformes e idênticas, de 1,0 mC cada, são espaçadas em 0,5 m, no vácuo. Determine o módulo da força elétrica entre essas duas cargas.

a) 6,4.104 N

b) 3,6.104 N

c) 7,2.103 N

d) 1,2.105 N

Resolução:

Vamos usar a lei de Coulomb para calcular o módulo da força entre as cargas.

Com base no resultado obtido acima, conclui-se que a alternativa correta é a letra B.

Questão 2 — Duas partículas de carga elétrica Q são separadas no vácuo por uma distância d. Dobrando-se essa distância, o módulo da força elétrica F que uma dessas cargas exerce sobre a outra passará a ser:

a) 2F

b) F/2

c) F/4

d) 4F

Resolução:

Para resolver o exercício, é necessário aplicar os dados do enunciado na lei de Coulomb.

Com base no resultado obtido, a alternativa correta é a letra C.

Questão 3 — Uma carga elétrica de 0,5 nC é posicionada em uma região onde há um campo elétrico de 500 N/m. Determine a intensidade da força elétrica sobre essa carga e assinale a alternativa correta:

a) 2,5.10-7 N

b) 0,5.10-6 N

c) 1,5.10-5 N

d) 4,5.10-4 N

Resolução:

Para calcular a força elétrica que atua sobre a carga, é preciso usar a fórmula que relaciona a força elétrica com o campo elétrico. Fazendo isso, basta resolver o seguinte cálculo:

A alternativa correta, portanto, é a letra a.

Que semelhanças existem entre uma força elétrica é uma força gravitacional Quais são as diferenças mais relevantes entre essas duas forças?

Quais as principais diferenças entre a força elétrica é a força gravitacional?

Quais as características semelhantes entre o campo elétrico é o campo gravitacional?

Qual é a diferença entre gravidade é força gravitacional?