- Um pequeno objeto neutro é aproximado de um bastão carregado positivamente e passa a ser atraído por ele. Em seguida, esse mesmo objeto encosta em outro corpo também carregado positivamente e passa a ser repelido.
Escreva uma explicação para o fenômeno, levando em conta: o estado inicial de carga do objeto (antes de qualquer interação); o que ocorre internamente no objeto durante a aproximação do bastão carregado; por que a atração ocorre mesmo sendo o objeto inicialmente neutro; por que, na segunda situação, ocorre repulsão; qual(is) princípio(s) físico(s) fundamenta(m) essas observações.
Passo 1
Vou listar claramente o que o enunciado nos dá e o que ele pede.
O enunciado fornece:
- Um pequeno objeto inicialmente neutro (não carregado).
- Um bastão carregado positivamente que se aproxima desse objeto; ao aproximar, o objeto é atraído pelo bastão.
- Depois, esse mesmo objeto encosta (faz contato) em outro corpo que também está carregado positivamente; após o contato, o objeto passa a ser repelido por esse corpo positivo.
O enunciado pede que se explique:
- O estado inicial de carga do objeto (antes de qualquer interação).
- O que ocorre internamente no objeto durante a aproximação do bastão carregado.
- Por que ocorre atração mesmo com o objeto inicialmente neutro.
- Por que, na segunda situação (após encostar em outro corpo positivo), ocorre repulsão.
- Qual(is) princípio(s) físico(s) fundamentam essas observações.
Passo 2
Estado inicial do objeto e ideia geral de cargas: o enunciado diz que o objeto é inicialmente neutro. Escrever isso em termos de carga elétrica:
- O objeto tem carga total
.
Explicação simples: “neutro” significa que o número total de cargas negativas (elétrons) e positivas (prótons) soma zero — ou seja, não há carga líquida detectável.
Passo 3
O que acontece quando o bastão positivo se aproxima: indução eletrostática (descrição passo a passo).
- Assume-se primeiro que o objeto seja condutor (metalzinho, clip, etc.). Em um condutor, as cargas móveis (elétrons) podem deslocar-se livremente.
- A presença do bastão com carga positiva cria um campo elétrico externo no entorno do objeto. Esse campo exerce força sobre os elétrons livres do objeto.
- Como o bastão é positivo, ele atrai elétrons. Assim, elétrons do interior do objeto migram para o lado mais próximo do bastão, acumulando carga negativa nessa face, enquanto a face oposta fica com excesso de carga positiva (por falta de elétrons).
- Em símbolos: inicialmente
. Após a aproximação, há separação local de cargas: lado próximo ao bastão tem carga local negativa e lado oposto tem carga local positiva , com . - Esse processo chama-se indução eletrostática e ocorre rapidamente em condutores. (Se o objeto for isolante, a ideia é parecida: as nuvens eletrônicas das moléculas se deformam e aparecem dipolos locais — isso chama-se polarização dielectric; o efeito é análogo, só que as cargas não se movem livremente pelo corpo inteiro.)
Passo 4
Por que a atração ocorre mesmo sendo o objeto neutro (intuição física e argumento com forças).
- Cada par de cargas (uma negativa e uma positiva) interage com o bastão. O bastão positivo atrai as cargas negativas e repele as positivas.
- A chave: a carga negativa induzida fica mais próxima do bastão que a carga positiva induzida. Como a força entre cargas depende fortemente da distância, a força de atração entre o bastão e a carga negativa mais próxima é maior em módulo do que a força de repulsão entre o bastão e a carga positiva mais distante.
- Uso da lei de Coulomb para ver a ideia (apenas a forma para intuir dependência com distância):
- Se a carga negativa induzida estiver à distância
do bastão e a positiva induzida estiver a com , então a atração (proporcional a ) vence a repulsão (proporcional a ), resultando em força líquida de atração para o objeto neutro. - Conclusão: apesar da carga total ser zero, a distribuição desigual (por indução) e a dependência da força com
geram uma força resultante de atração.
Passo 5
Complemento: diferença entre condutor e isolante (importante para prova)
- Condutor: elétrons livres movem-se e geram separação de cargas macroscópica (face próxima fica negativamente carregada). A indução pode ser forte e a atração costuma ser bem visível.
- Isolante (dielétrico): as moléculas se polarizam; cada molécula adquire um pequeno dipolo que se orienta no campo. O efeito agregado também gera maior densidade de carga do sinal oposto mais perto do bastão, então também há atração. Em provas, se pedirem para explicar, diga qual dos dois está sendo assumido; se não souber, explique ambas as possibilidades sucintamente.
Passo 6
O que ocorre ao encostar o objeto em outro corpo positivamente carregado (carga por contato) — explicação física e conservação de carga.
- Ao fazer contato entre o objeto neutro (ou apenas polarizado) e um corpo que já tem carga positiva, há transferência de cargas por condução se ambos forem condutores. O que ocorre na maioria das situações:
- O corpo positivo tem deficiência de elétrons (ou excesso de carga positiva).
- Ao tocar, elétrons do objeto podem ser atraídos para o corpo positivo (ou, visto de outra forma, elétrons fluem do objeto para equilibrar potenciais), deixando o objeto com deficiência de elétrons — isto é, com carga líquida positiva.
- Em símbolos: após o contato, o objeto passa a ter
. - Princípio importante usado aqui: conservação de carga total do sistema. Só que a distribuição muda por fluxo de elétrons. Se o corpo grande tem muito mais capacidade (capacitância) do que o objeto pequeno, a maior parte da carga positiva fica no corpo grande; o objeto pequeno fica com uma carga positiva menor, suficiente para ser repelido.
- Observação prática: se o objeto for isolante, o contato pode ainda assim transferir carga por efeito triboeletric (desgaste, fricção) ou por transferência localizada; o resultado prático no enunciado é que o objeto adquire carga positiva.
Passo 7
Por que ocorre repulsão depois do contato (usando Coulomb e sinais)
- Quando o objeto adquiriu carga líquida positiva
e se aproxima ou fica próximo do outro corpo positivo (que tem ), a força elétrica entre eles é repulsiva. - Pela lei de Coulomb: para duas cargas de mesmo sinal, a força é de repulsão. Em módulo,
e a direção é afastando-se mutuamente.
- Portanto, após o contato que deixou o objeto com carga positiva, ele é repelido pelo corpo positivo.
Passo 8
Resumo dos princípios físicos que fundamentam tudo (para fixar na cabeça)
- Indução eletrostática (separação de cargas causada por campo elétrico externo): explica atração do neutro pelo bastão.
- Polarização (em dielétricos) — versão microscópica da indução.
- Lei de Coulomb: força entre cargas puntiformes
e sinal determina atração ou repulsão. - Conservação da carga e condução de carga por contato: explicam a transferência que deixa o objeto com carga positiva após encostar em outro corpo positivo.
- Comportamento de condutores versus isolantes: condutores permitem movimento livre de elétrons; isolantes respondem por polarização local.
Passo 9
Dicas de prova e exemplos práticos (como responder rapidamente)
- Se perguntarem “por que um objeto neutro é atraído por uma varinha carregada?”, responda: indução (separação de cargas) + força menor com
leva a atração líquida. - Se a questão mencionar que o objeto tocou outro corpo e depois foi repelido, diga: contato transferiu carga (por condução) e o objeto ficou com carga positiva, logo repulsão por cargas de mesmo sinal.
- Um exemplo curto que você pode escrever rápido na prova:
- Inicial:
. - Aproximação: indução
cargas negativas próximas ao bastão, positivas longe atração líquida. - Contato com corpo positivo: transferência de elétrons
. - Resultado: cargas de mesmo sinal
repulsão (pela lei de Coulomb).
- Inicial:
Resposta
O objeto inicia neutro:
.
Ao aproximar-se do bastão positivo ocorre indução: cargas negativas do objeto (ou nuvens eletrônicas) acumulam-se na face mais próxima e cargas positivas na face oposta, com ; como as cargas negativas induzidas ficam mais próximas ao bastão, a atração (que varia como
) vence a repulsão, gerando força líquida de atração.
Ao encostar no corpo positivo há transferência de carga por contato (elétrons saem do objeto ou fluem para o corpo), de modo que o objeto fica com carga líquida positiva ; então há repulsão entre cargas de mesmo sinal.
Princípios que justificam tudo: indução/polarização, lei de Coulomb ( ), condução/transferência de carga por contato e conservação da carga.
Ao aproximar-se do bastão positivo ocorre indução: cargas negativas do objeto (ou nuvens eletrônicas) acumulam-se na face mais próxima e cargas positivas na face oposta, com
Ao encostar no corpo positivo há transferência de carga por contato (elétrons saem do objeto ou fluem para o corpo), de modo que o objeto fica com carga líquida positiva
Princípios que justificam tudo: indução/polarização, lei de Coulomb (