Lei de Coulomb: o campo em torno de uma carga pontual
1 · Prever
Uma carga pontual fica sozinha no espaço. Se você mover um ponto de teste duas vezes mais longe, quanto diminuirá a intensidade do campo elétrico?
- O campo cai para 1/4 — cai com o quadrado da distância.
- O campo cai para 1/2 — ele cai linearmente com a distância.
- O campo permanece o mesmo independentemente da distância.
2 · Preparar
- Abra o preset de carga única e pressione Redefinir. A carga-fonte é fixa em q = 5 nC.
- Habilite a leitura de intensidade de campo em um ponto de teste.
- Defina a distância do ponto de teste da carga para cada tentativa e registre a intensidade do campo.
3 · Coletar Dados
| Distância r (m) | Potencial V (V) | Força de campo E (N/C) |
|---|---|---|
| 1.00 | ||
| 2.00 | ||
| 3.00 |
Plote a intensidade do campo E (eixo y) em relação a 1/r² (eixo x) para suas três tentativas. A linha passa direto pela origem?
4 · Analisar
- Para uma tentativa, calcule E = kq/r² usando k = 8.99×10⁹ N·m²/C², q = 5 nC. Compare com a tabela.
- Explique, usando a lei do inverso do quadrado, por que duplicar a distância divide a intensidade do campo em um quarto, em vez de reduzi-la à metade.
5 · Aprofundar
- Sua coluna de potencial (V = kq/r) diminui de forma mais suave do que o campo (1/r em vez de 1/r²). Explique por que o potencial e o campo têm dependências diferentes com a distância, mesmo vindo da mesma carga-fonte.
- A lei de Coulomb E = kq/r² tem exatamente a mesma forma matemática que o campo gravitacional de Newton g = GM/r². Por que duas forças completamente diferentes (elétrica e gravitacional) poderiam compartilhar essa estrutura do inverso do quadrado?
A física por trás deste experimento
Lei de Coulomb
Uma carga pontual cria um campo elétrico radial que diminui com o quadrado da distância: E = kq/r², onde k = 1/(4πε₀) ≈ 8.99×10⁹ N·m²/C². A força sobre uma carga de teste é F = qE.