Um bastão de plástico eletrizado negativamente por atrito é aproximado, sem contato, de uma esfera metálica neutra suspensa por fio isolante. Por que a esfera é atraída pelo bastão?
Passo 1
O enunciado diz que temos um bastão de plástico carregado negativamente por atrito e uma esfera metálica neutra, suspensa por um fio isolante, que não chega a tocar o bastão. A pergunta é: por que, mesmo sem contato, a esfera acaba sendo atraída pelo bastão? O conteúdo principal envolvido aqui é indução eletrostática em condutores e polarização de cargas.
Passo 2
Num condutor metálico há muitos elétrons livres que podem se mover com facilidade. Ao aproximar o bastão carregado negativamente, o campo elétrico dele invade a esfera metálica e exerce uma força sobre esses elétrons livres.
Passo 3
Como o bastão é negativo, ele repele os elétrons da esfera, empurrando-os para a face da esfera mais afastada. Isso deixa a face mais próxima do bastão com excesso de cargas positivas (deficit de elétrons) e a face oposta com excesso de elétrons.
Passo 4
A força eletrostática entre duas cargas
e
separadas por distância
é dada por
As cargas positivas induzidas na face próxima estão bem mais perto do bastão do que os elétrons acumulados na face oposta. Assim, a atração entre bastão e cargas positivas da face interna é mais intensa do que a repulsão exercida sobre os elétrons afastados. O resultado líquido é uma força de atração da esfera em direção ao bastão.
Resposta
A esfera é atraída porque o bastão polariza o condutor por indução: repele elétrons para a região oposta, deixando cargas positivas mais próximas, e essas cargas positivas são atraídas com força maior que a repulsão das cargas negativas distantes.