3²) Defina com suas palavras o que é a Força Eletrostática entre duas partículas carregadas. (1,6 ponto)

Passo 1

O enunciado pede que eu descreva, com minhas próprias palavras, o que é a Força Eletrostática entre duas partículas carregadas.
Informações fornecidas: apenas a instrução para definir esse conceito (não há dados numéricos nem figuras).

Passo 2

Resposta em linguagem simples e intuitiva: a Força Eletrostática é a força que duas partículas com carga elétrica exercem uma sobre a outra mesmo estando separadas por uma certa distância — ela pode puxar as partículas (atração) ou empurrá‑las (repulsão) dependendo do sinal das cargas. Pense como uma “mão invisível” entre cargas: se os sinais são iguais elas se repelem; se são opostos elas se atraem.

Passo 3

Agora vamos formalizar isso com a lei que quantifica essa força (explicando cada coisa devagar). A lei básica é a Lei de Coulomb, que para duas cargas puntuais q_1 e q_2 separadas por uma distância r dá a força \vec{F} assim:
\vec{F} = k\,\dfrac{q_1 q_2}{r^2}\,\hat{r}
Expliquei cada símbolo:
  • q_1 e q_2 são as cargas elétricas das partículas (podem ser positivas ou negativas).
  • r é a distância entre as cargas (sempre positiva).
  • \hat{r} é o vetor unitário que aponta de uma carga até a outra; ele dá a direção da força.
  • k é a constante eletrostática no meio (no vácuo k\approx 8{,}99\times10^{9}\,\mathrm{N\cdot m^{2}/C^{2}}).

Passo 4

Interpretação do sinal e da direção (muito importante pra prova):
  • Se q_1 q_2>0 (ambas positivas ou ambas negativas), então o produto q_1 q_2 é positivo e a força \vec{F} aponta no sentido de \hat{r} escolhido — na prática isso significa repulsão (elas se afastam).
  • Se q_1 q_2<0 (sinais opostos), o produto é negativo e a força tem sentido oposto a \hat{r} — isto é atração.
    Dica prática: desenhe um vetor que liga a carga 1 à carga 2; aplique a regra do sinal para saber se a força sobre a carga 1 aponta ao longo desse vetor (repulsão) ou no sentido contrário (atração).

Passo 5

Por que aparece 1/r^2? (explicação intuitiva)
O fator \dfrac{1}{r^2} significa que a força diminui rapidamente quando as cargas se afastam — duplicar a distância divide a força por 4. Isso é chamado de lei do inverso do quadrado e aparece em várias interações à distância (por exemplo, gravitação). Intuitivamente: quando você aumenta a distância, a “influência” da carga se espalha por uma área maior (proporcional a r^2), então a intensidade por área cai como 1/r^2.

Passo 6

Constante k e permissividade do meio:
No vácuo \;k=\dfrac{1}{4\pi\varepsilon_0}, onde \varepsilon_0 é a permissividade elétrica do vácuo e vale \varepsilon_0\approx 8{,}854\times10^{-12}\,\mathrm{C^2/(N\cdot m^2)}. Em meios materiais, a constante muda e usa‑se \varepsilon=\varepsilon_r\varepsilon_0, o que reduz a força quando \varepsilon_r>1.

Passo 7

Natureza vetorial e princípio da superposição:
A Força Eletrostática é um vetor, então quando há mais de duas cargas, a força resultante sobre uma carga é a soma vetorial das forças que cada uma das outras cargas faria isoladamente (princípio da superposição). Isso significa somar componentes x,y,z separadamente — atenção para sinais e direções nas contas.

Passo 8

Exemplo numérico rápido (apenas para ver o uso da fórmula): suponha q_1=1\,\mathrm{C}, q_2=-1\,\mathrm{C} e r=1\,\mathrm{m}. A magnitude da força é
F = k\,\dfrac{|q_1 q_2|}{r^2} = k \cdot \dfrac{1\cdot1}{1^2}=k\approx 8{,}99\times10^{9}\,\mathrm{N}.
Aqui o sinal (como q_1 q_2<0) indica atração. Esse número é enorme só para mostrar que cargas de 1 coulomb são muito grandes; em problemas reais usamos microcoulombs ( \mu\mathrm{C}) e assim os valores ficam razoáveis.

Passo 9

Resumo didático para decorar e usar na prova:
  • Regra rápida: força entre duas cargas puntuais: \vec{F} = k\,\dfrac{q_1 q_2}{r^2}\,\hat{r}.
  • Direção: mesma carga → repulsão; cargas opostas → atração.
  • Intensidade cai com o quadrado da distância.
  • Força é vetorial e obedece superposição.
    Guarde isso e, na prova, desenhe sempre o esquema das cargas, indique \hat{r}, calcule a magnitude e depois lance o sinal/direção.

Resposta

A Força Eletrostática entre duas partículas carregadas é a interação à distância que faz com que elas se atraiam ou se repelam; sua intensidade é proporcional ao produto das cargas e inversamente proporcional ao quadrado da distância que as separa, sendo dada para cargas puntuais por \vec{F}=k\,\dfrac{q_1 q_2}{r^2}\,\hat{r}, com direção definida pelo sinal do produto q_1 q_2 (mesmo sinal → repulsão; sinais opostos → atração).

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