Cargas se repelem ou se atraem com uma força que varia com o inverso do quadrado da distância entre elas. Com exceção da escala atômica, nas moleculas, sólidos, líquidos, gases e em todas as coisas que envolvem a interação do homem com o meio ambiente, as forças elementares envolvidas são: a gravidade e a força eletromagnetica. Forças de atrito, ligações químicas, viscosidade e as muitas das forças que fazem girar as engrenagens das industrias, são manifestações de forças entre cargas. Aqui estudaresmos a força entre cargas paradas, conhecida como força eletrostática, que é descrita pela lei de Coulomb.

As forças gravitacionais são dominantes em escala cósmica.

As forças elétricas são dominantes em escalas acima da atômica.

Lei de Coulomb

Interação entre cargas pontuais

A força de interação elétrica entre duas cargas pontuais, carregadas e imóveis tem as seguintes propriedades:

1) É diretamente proporcional ao produto das duas cargas elétricas.

2) É inversamente proporcional ao quadrado da distância entre as duas cargas elétricas.

3) Depende do meio onde as cargas estão imersas (permissividade elétrica do meio). Quanto maior a permissividade menor a força entre as cargas.

4) Está orientada ao longo da reta que liga as duas cargas.

5) As forças entre as cargas constituem um par de ação e reação, isto é, satisfazem a terceira lei de Newton-Galileu (Lei da ação e reação).

Exemplo 1

Matematicamente escrevemos: $$F_{a,b} = k \frac{q_a q_b}{d^2},$$ onde \(k=\frac{1}{4 \pi \epsilon}\) é a constante eletrostática do meio e \(\epsilon\) é a permissividade elétrica do meio. Quando o meio é o vácuo, temos: $$k=k_0= \frac{1}{4 \pi \epsilon_0}=9.0 \times 10^{9} \frac{N m^2}{C^2} $$ onde $$\epsilon = \epsilon_0 = 8.85 \times 10^{-12} \frac{C^2}{N m^2}$$

Constante eletrostática do meio \((k)\)

A força entre duas cargas é máxima no vácuo. Nos meios materiais ela depende do valor da permissividade do meio. Se as cargas elétricas estiverem mergulhadas em um meio material, o valor das forças entre elas torna-se menor, proporcionalmente a redução de \(k\) .

Princípio da Superposição

Quando duas ou mais cargas exercem forças simultâneas sobre uma dada carga, observa-se que a força total sobre esta última é a soma vetorial das forças que as várias cargas exerceriam individualmente.