fundamentos de física iii fundamentos de física iii - Departamento de ...

mostra as linhas de força geradas por duas cargas puntiformes, na região do
espaço próxima a elas.
r r
r F QE
a = =
(3.14)
m m
Note que a aceleração da carga tem a mesma direção do campo e, que,
portanto, é constante em módulo e direção. O sentido da aceleração depende da
carga ser positiva ou negativa. No primeiro caso, a aceleração tem o mesmo
sentido que o campo elétrico; no segundo, tem o sentido contrário.
Figura 3.7: Linhas de força de um campo elétrico gerado por cargas de mesmo
sinal (positivas; lado esquerdo) e cargas de sinais contrários (lado direito).
Além de nos fornecer a direção e o sentido do campo elétrico, a densidade
de linhas de força, isto é, o número de linhas de força por unidade de área
dão informação sobre a intensidade do campo elétrico sobre uma certa
superfície. No caso da carga puntiforme, como vemos na figura 3.6, se tomarmos
uma superfície esférica de área
será
2
4π
R , a densidade de linhas sobre essa superfície
2
N/4π
R , onde N é o número de linhas de força que atravessa a superfície.
ATIVIDADE 3.5
Desenhe o vetor campo elétrico para vários pontos da figura 3.7. Existe algum
lugar que o campo seja nulo? Qual seria a mudança nas linhas de força caso as
cargas no lado esquerdo da figura 3.7 fossem negativas?
Uma maneira de produzirmos um campo elétrico uniforme consiste em
colocarmos duas placas planas e paralelas, carregadas com cargas elétricas de
sinais opostos, uma próxima da outra, mas separadas de uma distância menor que
as dimensões das placas. Por simetria, podemos ver que, na região entre as placas,
o campo estará sempre dirigido da placa positiva para a negativa. Observe o
Exemplo 3.4.
EXEMPLO 3.4
Uma carga elétrica positiva Q=2,0μC e massa de 0,50g é atirada horizontalmente
em uma região entre duas placas planas e paralelas horizontais, com a placa
positiva abaixo da negativa (Figura 3.8). A separação das placas vale d = 1,0 cm e
a carga entra na região das placas a uma altura de d/2 da placa inferior. Se a
velocidade da carga for na horizontal e de módulo 1,40 m/s e o campo elétrico
entre as placas 2,40 x 10 N/C, qual a velocidade da carga elétrica quando ela se
chocar com a placa negativa?
3.5 CARGAS ELÉTRICAS EM UM CAMPO ELÉTRICO UNIFORME
Um campo elétrico é uniforme em uma região do espaço quando em
qualquer ponto dessa região o vetor campo elétrico é constante (em módulo,
direção e sentido). Nesse caso, as linhas de força do campo na região considerada
são linhas retas e paralelas entre si.
Quando uma carga elétrica Q entra em um campo elétrico uniforme, ela
sofre ação de uma força elétrica constante, cujo módulo é dado pela lei de
Coulomb. Portanto, seu movimento é um movimento acelerado, com um vetor
aceleração dado pela segunda lei de Newton:
Figura 3.8: Carga lançada em um campo elétrico uniforme.
Solução: Seja um sistema de coordenadas com origem na posição em que a carga
elétrica entra na região entre as placas, com eixo Oy vertical e com sentido para
cima (da placa positiva para a negativa); e eixo Ox perpendicular a Oy como
mostra a figura 3.8. O campo elétrico está dirigido de baixo para cima, de modo
que o vetor campo elétrico é:
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