(2,5) Duas esferas metálicas estão suspensas por um fio de náilon. Quando vocé as aproxima de modo que a distancia entre elas seja pequena, as duas esferas tendem a se atrair. Com base apenas nestas informaçōes, discuta todas as possibilidades da existência de carga na superficie das esferas. Caso fosse possivel o toque entre as esferas, elas permaneceriam unidas? Explique sua resposta.
(2,5) Uma esfera de material isolante, sem carga, esta suspensa por um fio de náilon. Um bastão de vidro eletricamente carregado é colocado próximo a esfera.
a) O que devemos observar ao aproximarmos o bastão da esfera. Explique sua resposta.
b) Caso o bastâo toque a esfera. O que devemos observar após o toque: o bastão e a esfera vão continuar grudados ou se repelirão. Explique sua resposta.

Passo 1

O enunciado aborda dois fenômenos de eletrostática: primeiro, a atração observada entre duas esferas metálicas suspensas por fios isolantes quando aproximadas; segundo, o comportamento de uma esfera de material isolante, inicialmente neutra, diante de um bastão de vidro eletricamente carregado. Para resolver, vamos usar os conceitos de carga em condutores, indução eletrostática, igualização de potencial e polarização em isolantes.

Passo 2

Quando duas esferas metálicas se atraem ao serem aproximadas, há três cenários possíveis para a distribuição de carga na superfície delas:
Uma hipótese é que ambas já possuam cargas elétricas de sinais opostos. Nesse caso, as cargas se atraem diretamente, segundo a lei de Coulomb.
Outra hipótese é que apenas uma das esferas esteja carregada e a outra seja inicialmente neutra. A esfera carregada cria um campo elétrico que induz carga de sinal oposto no lado da esfera neutra mais próximo e carga de mesmo sinal no lado oposto; a atração entre a carga induzida e a carga original vence a repulsão, gerando a força de atração observada.
A terceira hipótese – de ambas serem completamente neutras – não explica atração, pois sem carga inicial e sem campo externo não há indução.

Passo 3

Se as duas esferas metálicas forem colocadas em contato, elas formam um único condutor em equilíbrio de potencial. As cargas totais se redistribuem uniformemente conforme as geometrias, de modo que, se eram opostas, parte delas se neutraliza; se só uma estava carregada, a carga se reparte entre as duas. Após afastá-las, o sistema resultante não apresentará necessariamente cargas de sinais contrários que mantenham atração, mas sim cargas iguais ou neutras, levando à repulsão ou ausência de força elétrica. Logo, elas não ficariam grudadas.

Passo 4

No caso da esfera isolante neutra aproximada de um bastão de vidro carregado, não há mobilidade de elétrons pelo material como no condutor, mas há polarização molecular. As moléculas ou átomos do isolante deslocam levemente suas nuvens eletrônicas, criando dipolos que se orientam com a carga do bastão. O lado da esfera mais próximo ao bastão adquire polarização de sinal oposto ao do bastão, gerando atração mesmo sem transferência de carga.

Passo 5

Se o bastão carregado tocar a esfera isolante, haverá transferência local de carga (por fricção ou contato) do bastão para a superfície do isolante. A esfera passa a ter carga do mesmo sinal do bastão. Como ambas então estão carregadas com sinais iguais, passarão a se repelir, de modo que não permanecerão grudadas após o contato.

Resposta

Para as esferas metálicas, a atração pode ocorrer se tiverem cargas de sinais opostos ou se uma estiver carregada e induzir carga na outra; tocando-as, elas igualizam potencial e não permanecem unidas.
Para a esfera isolante, ao aproximar o bastão carregado observa-se atração por polarização; ao tocar, a esfera adquire carga do mesmo sinal do bastão e então ambos se repelem.

Exercícios relacionados