(4)(b)Discuta a validade do conceito de linhas de campo fazendo referência à lei de Coulomb.
Passo 1
Beleza, o enunciado pede para a gente discutir se o conceito de linhas de campo faz sentido, usando a lei de Coulomb como referência. Isso cai em Eletrostática: precisamos conhecer o que é campo elétrico, como a lei de Coulomb descreve a força entre cargas e como traduzimos esse campo em “linhas”.
Passo 2
Primeiro, o que é campo elétrico e linhas de campo?
- Campo elétrico: em cada ponto do espaço, é um vetor que indica a força que uma carga de teste sofreria ali.
- Linhas de campo: são desenhos que mostram trajetórias tangentes ao vetor campo em cada ponto, com densidade de linhas indicando a intensidade.
Passo 3
Agora, a lei de Coulomb diz que duas cargas puntiformes
e
, separadas por distância
, se atraem ou se repelem com força
Onde
é a constante eletrostática e
é o vetor unitário do ponto de origem até o ponto de aplicação.
Passo 4
Como a gente obtém o campo elétrico de uma carga puntual?
Basta dividir a força pela carga de teste :
Basta dividir a força pela carga de teste
Isso nos dá um campo radial que varia com
.
Passo 5
E as linhas de campo?
- São só um desenho que agrupa várias setinhas de
. - Quanto mais próximas, maior o módulo de
. - Elas começam em cargas positivas e terminam em negativas.
Passo 6
Discutindo a validade:
- Linha de campo não é algo físico, é só uma representação gráfica do vetor
. - A densidade de linhas segue a mesma lei
: quanto mais longe da carga, mais espaçadas elas ficam, refletindo a queda do campo. - A superposição de linhas para várias cargas obedece ao princípio de superposição da lei de Coulomb.
- Limitações: não dá pra mostrar exatamente o valor de
em cada ponto só com as linhas; é qualitativo.
Resposta
O conceito de linhas de campo é totalmente válido como ferramenta de visualização, porque reflete direções e intensidades dadas pela lei de Coulomb (campo decai como
e se soma por superposição). Mas essas linhas não existem de fato no espaço – elas são só um artifício gráfico. Elas cumprem bem o papel de mostrar a geometria do campo elétrico gerado por cargas puntiformes, desde que a gente saiba que é um modelo qualitativo e não uma entidade física real.