Questão de Física — Magnetismo — VUNESP 2025

Força entre partículas carregadas: Lei de Coulomb

Gabarito: letra C. A força que partículas eletricamente carregadas exercem entre si é descrita pela Lei de Coulomb, que estabelece que essa força depende do valor absoluto das cargas, da distância que as separa e do meio em que estão inseridas (a constante eletrostática). As demais alternativas misturam conceitos de outras áreas da Física, como corrente elétrica, campo magnético e energia cinética.

A força elétrica é uma das forças fundamentais da natureza e atua entre corpos carregados, mesmo sem contato direto entre eles. Ela é descrita pela Lei de Coulomb, formulada pelo físico francês Charles-Augustin de Coulomb no século XVIII. Essa lei estabelece que a intensidade da força elétrica entre duas cargas puntiformes é diretamente proporcional ao produto dos valores absolutos das cargas e inversamente proporcional ao quadrado da distância entre elas. Além disso, a força depende do meio em que as cargas estão imersas, representado pela constante eletrostática (k), que varia conforme o material dielétrico.

A expressão matemática da Lei de Coulomb é:

Onde:

• $F$ é a força elétrica (em newtons, N);

• $k$ é a constante eletrostática do meio (em N·m²/C²);

• $|q_1|$ e $|q_2|$ são os valores absolutos das cargas (em coulombs, C);

• $d$ é a distância entre as cargas (em metros, m).

A constante eletrostática no vácuo é aproximadamente $k_0 = 9 \times 10^9 \, \text{N·m}^2/\text{C}^2$. Em outros meios, como água, óleo ou vidro, essa constante é menor, o que reduz a força elétrica entre as cargas. Isso explica por que o meio é um fator determinante na interação elétrica.

Para entender melhor, considere um exemplo: duas cargas de +2 μC e -3 μC separadas por uma distância de 10 cm no vácuo. A força entre elas seria:

Se o mesmo sistema fosse imerso em água, cuja constante dielétrica é cerca de 80 vezes maior que a do vácuo, a força seria aproximadamente 80 vezes menor, ou seja, cerca de 0,0675 N. Isso demonstra claramente a influência do meio.

É importante distinguir a força elétrica da força magnética. Enquanto a força elétrica atua sobre cargas em repouso ou em movimento, a força magnética atua apenas sobre cargas em movimento dentro de um campo magnético. A força magnética é dada pela Lei de Lorentz: $F = q \cdot v \cdot B \cdot \sin(\theta)$, onde $v$ é a velocidade da partícula, $B$ é o campo magnético e $\theta$ é o ângulo entre a velocidade e o campo. Essa distinção é fundamental para resolver a questão, pois o enunciado menciona a força magnética, mas a pergunta se refere à força entre partículas carregadas, que é a força elétrica.

A banca explora a confusão entre os diferentes tipos de força e grandezas físicas. O candidato pode ser tentado a escolher uma alternativa que mencione campo magnético ou corrente elétrica, mas a força entre partículas carregadas é governada pela Lei de Coulomb, que depende apenas das cargas, da distância e do meio. Guarde essa distinção: força elétrica (Lei de Coulomb) versus força magnética (Lei de Lorentz). É exatamente nessa fronteira que as alternativas se dividem.

Alternativa A — ❌ Incorreta

A alternativa menciona intensidade de corrente, diferença de potencial elétrico e resistência do ambiente. Essas grandezas estão relacionadas à Lei de Ohm e aos circuitos elétricos, não à força entre cargas. A corrente elétrica ($i$) é o fluxo de cargas, a diferença de potencial ($U$) é a energia por unidade de carga, e a resistência ($R$) é a oposição à passagem da corrente. Nenhuma delas aparece na Lei de Coulomb. A força entre cargas não depende da corrente que porventura flua no ambiente, mas sim das cargas e da distância.

Alternativa B — ❌ Incorreta

A alternativa fala em campo magnético e regiões de agrupamento de átomos magnéticos alinhados. Isso se refere ao magnetismo e aos domínios magnéticos em materiais ferromagnéticos, não à força entre partículas carregadas. O campo magnético é gerado por cargas em movimento e exerce força sobre outras cargas em movimento, mas a força entre cargas em repouso é puramente elétrica. A menção a "átomos magnéticos alinhados" remete à formação de ímãs, um fenômeno distinto da interação eletrostática.

Alternativa C — ✅ Correta ⟵ GABARITO

A alternativa descreve exatamente os fatores da Lei de Coulomb: o valor absoluto das cargas ($|q_1|$ e $|q_2|$), a distância que as separa ($d$) e o meio em que estão inseridas (representado pela constante eletrostática $k$). A força elétrica é diretamente proporcional ao produto das cargas e inversamente proporcional ao quadrado da distância, além de depender do meio. Essa é a descrição correta da força entre partículas carregadas.

Alternativa D — ❌ Incorreta

A alternativa menciona energia cinética e velocidade das partículas. A energia cinética ($E_c = \frac{1}{2}mv^2$) e a velocidade estão relacionadas ao movimento das partículas, mas não influenciam diretamente a força elétrica entre elas. A força de Coulomb depende apenas das cargas, da distância e do meio, independentemente da velocidade das partículas. A velocidade influencia a força magnética (Lei de Lorentz), mas não a força elétrica entre cargas em repouso.

Alternativa E — ❌ Incorreta

A alternativa fala em campo produzido por corrente elétrica e quantidade de prótons e elétrons. O campo magnético é gerado por correntes elétricas, mas a força entre partículas carregadas não depende diretamente desse campo. Além disso, a quantidade de prótons e elétrons determina a carga líquida das partículas, mas a força depende do valor absoluto das cargas, não da composição específica. A alternativa mistura conceitos de eletromagnetismo com a estrutura atômica, sem descrever corretamente a Lei de Coulomb.

Gabarito: letra C