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 q_1 e q_2 separadas por distância r é dada por
F = \frac{k\,|q_1 q_2|}{r^2}.
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.

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