1- Um corpo isolante carregado e um corpo metálico descarregado:
(a) sempre se repelem
(b) não exercem força eletrostática um sobre o outro
(c) podem se atrair ou se repelir conforme o sinal da carga sobre o isolante
(a) sempre se repelem
(b) não exercem força eletrostática um sobre o outro
(c) podem se atrair ou se repelir conforme o sinal da carga sobre o isolante
Passo 1
O enunciado pergunta o que ocorre entre um corpo isolante carregado e um corpo metálico descarregado. As alternativas são:
(a) sempre se repelem;
(b) não exercem força eletrostática um sobre o outro;
(c) podem se atrair ou se repelir conforme o sinal da carga sobre o isolante.
(a) sempre se repelem;
(b) não exercem força eletrostática um sobre o outro;
(c) podem se atrair ou se repelir conforme o sinal da carga sobre o isolante.
Informações dadas:
- Temos um corpo isolante que está carregado (ou seja, possui carga elétrica fixa distribuída sobre ele).
- Temos um corpo metálico que está descarregado (ou seja, neutro, sem carga líquida inicial).
- A pergunta quer saber qualitativamente se a interação é atração, repulsão ou nenhuma força, e se isso depende do sinal da carga do isolante.
Passo 2
O que é importante saber sobre condutores metálicos neutros:
- Num condutor metálico as cargas livres (elétrons) podem se mover livremente.
- Se um corpo carregado é aproximado de um condutor neutro, as cargas livres do condutor se redistribuem (fenômeno chamado indução eletrostática): cargas de sinal oposto ao do corpo aproximado são atraídas para a superfície mais próxima; cargas de mesmo sinal são repelidas para as regiões mais distantes.
- Essa redistribuição não altera a carga total do condutor (ele continua com carga líquida zero), mas cria uma separação de cargas que gera campos e forças.
Passo 3
Por que essa indução tende a produzir atração (explicação qualitativa):
- Imagine que o isolante tem carga positiva. Ele atrai elétrons do metal para a superfície mais próxima, deixando cargas positivas no lado oposto. Assim, perto do isolante há uma maior concentração de cargas negativas induzidas e, mais afastadas, cargas positivas induzidas.
- A força entre cargas segue a lei de Coulomb, que depende fortemente da distância: cargas mais próximas interagem muito mais fortemente que cargas mais distantes.
- Como as cargas de sinal oposto (atraentes) ficam mais próximas da fonte carregada do que as cargas de mesmo sinal (repulsivas), a atração resultante é mais intensa que a repulsão resultante. Logo, o efeito líquido é atração.
Passo 4
Um pequeno argumento com fórmulas (modelo simplificado) para tornar isso mais concreto:
- Suponha que, por indução, a parte negativa induzida efetiva tenha carga
localizada a uma distância do isolante, e a parte positiva induzida efetiva tenha carga localizada a uma distância do isolante, com . - A força atrativa devido à carga
é, em módulo,
onde
é a carga do isolante e
é a constante eletrostática.
- A força repulsiva devido à carga
é
- O resultado líquido (direção positiva apontando para o metal) é
Como
temos
, então
: há atração líquida.
- Esse cálculo simplificado ilustra por que a atração vence sempre: as cargas induzidas de sinal oposto ficam mais próximas e provocam maior força.
Passo 5
Observações práticas e exceções:
- Esse raciocínio vale tanto se a carga do isolante for positiva quanto se for negativa: em ambos os casos o condutor neutro terá cargas de sinal oposto mais próximas, logo a atração persiste.
- Conectar o metal à terra (aterramento) muda a quantidade de carga disponível, mas não inverte o fenômeno: normalmente também leva à atração.
- Situações artificiais muito específicas (geometrias estranhas, presença de outros campos, contato que transfira carga etc.) podem alterar o cenário, mas no caso padrão “isolante carregado” próximo a “metal descarregado (neutro)” o comportamento observado é atração.
Passo 6
Resposta clara e direta para o que o enunciado pede:
- Entre as alternativas dadas, a que corresponde ao fenômeno físico correto é a afirmação de que o metal e o isolante neutro se atraem independentemente do sinal da carga do isolante. Portanto, a resposta correta é que eles sempre se atraem.
Resposta
Sempre se atraem.