Força, Campo E Energia Potencial

Força, Campo e

Energia Potencial

Capitulos:

Capítulo 1: Introdução

Capítulo 2: Algoritmos

Capítulo 3: Programas – Códigos

Capítulo 4: Apresentação dos Programas

Capitulo 1

INTROCUÇÃO

Força, Campo e Potencial Elétrico

FORÇA

Força é um dos conceitos fundamentais da Física newtoniana. Relacionado com as três leis de Newton, é uma grandeza que tem a capacidade de vencer a inércia de um corpo, modificando-lhe a velocidade (seja na sua magnitude[desambiguação necessária] ou direção, já que se trata de um vetor). Como corolário, chega-se ao constructo de que a força pode causar deformação em um objeto flexível. Qualquer agente externo que modifica o movimento de um corpo livre ou causa deformação num corpo fixo . Intuitivamente, a força se identifica com as noções de empuxo ou impuxo. A força, por ser também um vetor, tem dois elementos: a magnitude e a direção. A segunda lei de Newton, ("F=ma"), foi originalmente formulada em termos ligeiramente diferentes, mas equivalentes: a versão original afirma que a força que age sobre um objeto é igual à derivada temporal do momento linear deste objeto.

Alguns conceitos relacionados com a força:

pressão, divisão ou distribuição da força sobre a área;

arrasto, diminuição da velocidade de um objeto;

torque, força que produz mudanças na velocidade de rotação de um objeto.

A força aplicada num corpo fixo é chamada tensão mecânica ou estresse mecânico, um termo técnico para as influências que causam deformação da matéria. Enquanto o estresse mecânico pode permanecer incorporado em um objeto sólido, gradualmente, deformá-lo, estresse mecânico em um fluido determina mudanças em sua pressão e volume. A 1ª Lei de Coulomb diz respeito à intensidade das forças de atração ou de repulsão que agem em duas cargas elétricas puntiformes (cargas de dimensões desprezíveis), quando colocadas em presença uma da outra. Considere duas cargas elétricas puntiformes, Q1 e Q2 , separadas pela distância d. Se os sinais dessas cargas forem iguais, elas se repelem; se forem diferentes, se atraem. A força elétrica é originada pela interação de uma carga elétrica com outras cargas elétricas, que podem ter sinal positivo ou negativo. Esta força pode ser de repulsão ou atração, conforme os sinais das cargas; se de sinais contrários se atraem as de sinais iguais se repelem. No século XVIII Benjamin Franklin descobriu que as cargas elétricas colocadas na superfície de um objeto metálico podem produzir forças elétricas elevadas nos corpos no exterior do objeto, mas não produzem nenhuma força nos corpos colocados no interior. No século anterior Isaac Newton já tinha demonstrado de forma analítica que a força gravítica produzida por uma casca oca é nula no seu interior. Esse resultado é consequência da forma como a força gravítica entre partículas diminui em função do quadrado da distância. Concluiu então Franklin que a força elétrica entre partículas com carga deveria ser também proporcional ao inverso do quadrado da distância entre as partículas. No entanto, uma diferença importante entre as forças elétrica e gravítica é que a força gravítica é sempre atrativa, enquanto que a força elétrica pode ser atrativa ou repulsiva:

- A força elétrica entre duas cargas com o mesmo sinal é repulsiva.

- A força elétrica entre duas cargas com sinais opostos é atrativa.

Vários anos após o trabalho de Franklin, Charles Coulomb fez experiências para estudar com precisão o módulo da força eletrostática entre duas cargas pontuais A lei de Coulomb estabelece que o módulo da força elétrica entre duas cargas pontuais é diretamente proporcional ao valor absoluto de cada uma das cargas, e inversamente proporcional à distância ao quadrado1

r

Duas cargas pontuais, separadas por uma distância r

Q1 . Q2

r

2

Fórmula de força entre duas cargas: F = k.

Onde q1 e q2 são as intensidades das cargas, r é a distância entre elas e K é a constante eletrostática, que depende do meio no qual se encontram as cargas (no vácuo K = 9 × exp9) e K é a constante dielétrica do meio que existir entre as duas cargas. A constante dielétrica do vácuo é exatamente igual a 1, e a constante do ar é muito próxima desse valor; assim, se entre as cargas existir ar, K pode ser eliminada na equação.

No sistema internacional de unidades, o valor da constante de Coulomb é:

Outros meios diferentes do ar têm constantes dielétricas K sempre maiores que o ar; consequentemente, a força elétrica será mais fraca se as cargas pontuais forem colocadas dentro de um meio diferente do ar.

Sabemos que há atração e repulsão entre corpos. Verificamos também que essa interação se dá a distância. Tal interação chamamos de força elétrica. A determinação quantitativa da força elétrica era fator imprescindível para a evolução da eletrostática. No século XVIII, foram feitos questionamentos sobre a maneira com que a intensidade da força elétrica alterava-se com a variação da distância e com a intensidade