Aula 115 — Lei de Coulomb (A força entre cargas puntiformes)
50 minObjetivo geral
Aplicar a Lei de Coulomb para calcular a força elétrica entre cargas puntiformes.
Objetivos específicos
- Enunciar a Lei de Coulomb: F=k·|q₁·q₂|/d2.
- Identificar que a força é atrativa entre cargas de sinais opostos e repulsiva entre cargas de mesmo sinal.
- Calcular a força elétrica entre duas cargas puntiformes dados os valores de carga e a distância.
- Analisar como a força varia quando a distância ou as cargas mudam (proporcionalidade).
Conhecimentos prévios
- Conservação e quantização da carga elétrica (Aulas 111-114).
- Notação científica e potências de 10 (Módulo 0).
Recursos didáticos
- Apresentação de slides — Possor_Aula115_Apresentacao.pptx.
- Calculadora simples.
- Quadro/lousa e material de escrita.
Desenvolvimento da aula
Acolhida e Sondagem de Conhecimentos Prévios
5 min · Ausubel — ativação de subsunçoresO professor pergunta: "duas cargas elétricas se atraem ou se repelem mais forte quando estão mais perto, ou mais longe uma da outra?" Ouvir hipóteses.
Problematização Inicial
5 min · Bachelard — obstáculo epistemológico antecipadoPerguntar: a força entre duas cargas depende só da distância, ou também do tamanho das próprias cargas? Obstáculo a nomear (sem resolver ainda): achar que a força elétrica é constante, independente da distância entre as cargas, como às vezes se imagina uma "atração mágica".
Desenvolvimento Conceitual
20 min · Exposição dialogadaApresentação dos slides 2 a 9: a LEI DE COULOMB descreve a força elétrica entre duas cargas puntiformes: F=k·|q₁·q₂|/d2, onde k é a constante eletrostática do meio (no vácuo, k₀≈9×109 N·m2/C2), q₁ e q₂ são os módulos das cargas, e d é a distância entre elas. A força atua na reta que une as duas cargas: é REPULSIVA entre cargas de MESMO sinal, e ATRATIVA entre cargas de sinais OPOSTOS. Análise de proporcionalidade: F é inversamente proporcional ao QUADRADO da distância (F∝1/d2) — se a distância dobra, a força cai para 1/4; e F é diretamente proporcional ao produto das cargas (F∝q₁·q₂) — se uma carga dobra, a força dobra também.
Resolução Guiada
10 min · Vygotsky — Zona de Desenvolvimento ProximalResolução guiada: calcular a força entre duas cargas de +2 μC e +3 μC separadas por 0,3 m no vácuo (F=9×109×2×10-6×3×10-6/0,32=0,6 N, repulsiva). Em duplas: prever o que aconteceria com essa força se a distância fosse reduzida à metade (0,15 m).
Exercícios de Fixação
7 min · Prática independenteAplicação individual (ou em duplas) da lista de exercícios de fixação (seção 8 deste plano).
Síntese e Fechamento
3 min · Consolidação (fechamento circular)Retomar a pergunta do Momento 1: a força SIM depende da distância — cai com o quadrado dela — e também do tamanho das cargas envolvidas, exatamente como descreve a Lei de Coulomb.
Avaliação formativa
Ao longo da aula: perguntas rápidas de verificação (Momento 3) e observação direta durante a resolução guiada (Momento 4). Ao final: correção coletiva dos exercícios.
Lista de exercícios
1. Duas cargas puntiformes de +2 μC e +3 μC estão separadas por 0,3 m no vácuo (k=9×109 N·m2/C2). Calcule a força elétrica entre elas.
Gabarito: F=k·q₁·q₂/d2 = 9×109×2×10-6×3×10-6/0,32 = 9×109×6×10-12/0,09 = 54×10-3/0,09=0,6 N.
2. As cargas do exercício anterior são de mesmo sinal ou sinais opostos? A força é atrativa ou repulsiva?
Gabarito: Mesmo sinal (ambas positivas); força repulsiva.
3. Se a distância entre duas cargas for triplicada, o que acontece com a força elétrica entre elas?
Gabarito: Como F∝1/d2, a força cai para 1/9 do valor original.
4. Duas cargas de -4 μC e +1 μC estão a 0,2 m de distância no vácuo. Calcule o módulo da força e diga se é atrativa ou repulsiva.
Gabarito: F=9×109×4×10-6×1×10-6/0,22=9×109×4×10-12/0,04=36×10-3/0,04=0,9 N; atrativa (sinais opostos).
5. Se as duas cargas de um sistema forem dobradas (cada uma multiplicada por 2), mantendo a distância constante, o que acontece com a força elétrica?
Gabarito: Como F∝q₁·q₂, dobrar as duas cargas multiplica a força por 2×2=4.
Observações e extensão
Próxima aula: Campo Elétrico - Conceito e Vetor. Nota para o professor: vale comentar a semelhança formal entre a Lei de Coulomb e a Lei da Gravitação Universal (ambas com dependência 1/d2), mas destacar que a força elétrica pode ser atrativa OU repulsiva, enquanto a gravitacional é sempre atrativa.