Lei de Coulomb

A lei de Coulomb é a lei da Física que nos permite calcular a força de interação entre cargas elétricas. De acordo com essa lei, a força elétrica é proporcional ao produto do módulo de duas cargas elétricas, bem como inversamente proporcional ao quadrado da distância que as separa.

Veja também: Eletricidade – principais conceitos dessa importante área da Física

O que diz a lei de Coulomb?

De acordo com a lei de Coulomb, desenvolvida pelo físico francês Charles Augustin de Coulomb (1736-1806), é possível determinar o módulo da força elétrica entre duas partículas eletricamente carregadas com as cargas Q₁ e Q₂, fixas, localizadas no vácuo e separadas por uma distância d, por meio da seguinte expressão:

Q₁ e Q₂ – cargas elétricas (C)
k₀ – constante eletrostática do vácuo (k0 = 9.109 N.m²/C²)
d – distância entre as cargas (m)

Coulomb foi capaz de obter a expressão mostrada anteriormente de maneira empírica, isto é, por meio da experimentação. Os experimentos que permitiram a Coulomb descobrir a lei de atração e repulsão entre cargas elétricas foram feitos com uma balança de torção, um instrumento de medida criado por ele mesmo que é capaz de realizar medidas precisas e que posteriormente foi utilizado por outros pesquisadores, como Henry Cavendish no estudo da gravitação universal.

Ainda em concordância com a lei de Coulomb e também com a terceira lei de Newton, conhecida como a lei da ação e reação, cargas de sinais iguais tendem a se repelir, com forças de mesma direção e sentidos opostos:

Cargas de sinais contrários, por sua vez, tendem a se atrair com forças iguais, e cada uma dessas forças também apresenta sentido oposto:

Fórmula da lei de Coulomb

Como mostrado anteriormente, de acordo com a lei de Coulomb, a força de interação entre duas partículas eletricamente carregadas, de cargas Q₁ e Q₂, separadas no vácuo a uma distância d, pode ser calculada por meio da seguinte fórmula:

Existe ainda uma relação entre a força elétrica e o campo elétrico. O campo elétrico é a propriedade das cargas elétricas que faz com que elas sejam capazes de interagir com outras cargas. Quando uma carga elétrica é inserida em uma região dotada de campo elétrico, uma força elétrica passa a agir sobre ela.

A força elétrica possui a mesma direção e sentido do campo elétrico, a menos que uma das cargas que interajam tenha sinal negativo_. Nesse caso, o sentido da força elétrica é invertido com relação ao sentido do campo elétrico.

A fórmula que relaciona os módulos das grandezas força e campo elétrico é a seguinte:

E – campo elétrico (N/C)
d – distância até a fonte do campo elétrico (m)

Gráfico da lei de Coulomb

O gráfico da força elétrica com relação à distância entre duas cargas está representado na figura a seguir:

Uma vez que a força elétrica é inversamente proporcional ao quadrado da distância entre as cargas, quando a distância entre as cargas é d, a força de interação entre elas é F. Dobrando-se a distância entre elas, a força diminui quatro vezes; triplicando-se a distância entre as cargas, a força entre elas será dividida por nove e assim por diante.

Veja também: Aceleração da gravidade – quanto vale, como calculá-la e exercícios resolvidos

Exercícios resolvidos sobre a lei de Coulomb

Questão 1 — (EEAR) Duas cargas são colocadas em uma região onde há interação elétrica entre elas. Quando separadas por uma distância d, a força de interação elétrica entre elas tem módulo igual a F. Triplicando-se a distância entre as cargas, a nova força de interação elétrica em relação à força inicial será:

a) diminuída 3 vezes.

b) diminuída 9 vezes.

c) aumentada 3 vezes.

d) aumentada 9 vezes.

Resolução:

Quando as cargas se encontram a uma distância d, a força elétrica entre elas vale F, desse modo, ao triplicarmos a distância entre as cargas, estaremos em uma distância 3d. Vamos calcular o valor da nova força elétrica entre as cargas:

De acordo com o cálculo, a força elétrica entre as cargas deverá diminuir nove vezes, portanto a resposta correta é a letra B.

Questão 2 — (Udesc) Uma das principais contribuições para os estudos sobre eletricidade foi a da definição precisa da natureza da força elétrica realizada, principalmente, pelos trabalhos de Charles Augustin de Coulomb (1736-1806). Coulomb realizou diversos experimentos para determinar a força elétrica existente entre objetos carregados, resumindo suas conclusões em uma relação que conhecemos atualmente como Lei de Coulomb.

Considerando a Lei de Coulomb, assinale a alternativa correta.

a) A força elétrica entre dois corpos eletricamente carregados é diretamente proporcional ao produto das cargas e ao quadrado da distância entre esses corpos.

b) A força elétrica entre dois corpos eletricamente carregados é inversamente proporcional ao produto das cargas e diretamente proporcional ao quadrado da distância entre esses corpos.

c) A força elétrica entre dois corpos eletricamente carregados é diretamente proporcional ao produto das cargas e inversamente proporcional ao quadrado da distância entre esses corpos.

d) A força elétrica entre dois corpos eletricamente carregados é diretamente proporcional ao produto das cargas e inversamente proporcional à distância entre esses corpos.

e) A força elétrica entre dois corpos eletricamente carregados é diretamente proporcional à distância entre esses corpos e inversamente proporcional ao produto das cargas.

Resolução:

A alternativa correta é a letra C, que é o próprio enunciado da lei de Coulomb. Segundo essa lei, a força elétrica é proporcional ao produto das cargas e é inversamente proporcional ao quadrado da distância entre elas.