Checkpoint 1.2.7

Imagine que você possui uma coleção de bolinhas carregadas que mantêm sua carga mesmo quando tocam outros objetos. Bolinhas vermelhas estão carregadas positivamente, e bolinhas azuis estão carregadas negativamente. (a) O que acontece se você colocar um monte de bolinhas vermelhas próximas umas das outras sobre uma superfície horizontal plana? (b) O que acontece se fizer o mesmo com um monte de bolinhas azuis? (c) O que acontece se fizer o mesmo com uma mistura igual de bolinhas vermelhas e azuis? (d) O que acontece na parte (c) se houver algumas bolinhas vermelhas a mais do que bolinhas azuis? (e) Como um todo, a coleção de bolinhas da parte (d) está positivamente carregada, negativamente carregada, ou nenhuma das duas?

Passo 1

O enunciado trata de bolinhas carregadas: as vermelhas têm carga positiva e as azuis têm carga negativa. Precisamos usar conceitos de eletrostática qualitativa (força de Coulomb) para prever como cargas iguais se repelem e cargas opostas se atraem, e entender o que ocorre quando misturamos quantidades iguais ou desequilibradas.

Passo 2

Para um monte de bolinhas vermelhas (todas com cargas positivas) perto umas das outras sobre uma superfície, cada par de bolinhas exerce forças de repulsão mútuas. Logo, elas tendem a se afastar e a dispersar-se sobre a superfície, ficando o mais longe possível umas das outras.
O mesmo raciocínio vale para as bolinhas azuis (todas com carga negativa): como cargas iguais se repelem, o grupo de bolinhas azuis também vai se espalhar e não vai formar um aglomerado compacto.

Passo 3

Se colocarmos uma quantidade igual de bolinhas vermelhas e azuis, cada bolinha vermelha atrai uma bolinha azul e vice-versa. Elas vão se aproximar e se unir em pares (ou pequenos aglomerados neutros), neutralizando mutuamente a carga. No conjunto, surgem aglomerados eletricamente neutros, sem repulsão externa significativa.

Passo 4

Se houver um excesso de bolinhas vermelhas sobre as azuis, as mesmas vão se emparelhar até acabar as bolinhas azuis. As vermelhas remanescentes não encontram parceiras negativas e continuam com carga positiva, repelindo-se entre si e ocupando a superfície mais dispersas.
Como resultado da parte anterior, sobrou carga positiva (as vermelhas extras), de modo que todo o conjunto tem carga líquida positiva.

Resposta

(a) As bolinhas vermelhas se repelem e se dispersam.
(b) As bolinhas azuis se repelem e se dispersam.
(c) Vermelhas e azuis se atraem, formam pares neutros e não há repulsão externa.
(d) Formam-se pares até as azuis acabarem; as vermelhas excedentes sobram e se repelem entre si.
(e) A coleção está positivamente carregada.

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