Grade 10
  1. Mecânica  1.1. Dinâmica  1.1.1. Movimento em uma dimensão  1.1.2. Movimento em duas dimensões  1.1.3. Deslocamento e Distância  1.1.4. Velocidade e Rapidez  1.1.5. Aceleração  1.1.6. Representação gráfica do movimento  1.1.7. Equações do movimento  1.1.8. Queda livre e aceleração devido à gravidade  1.1.9. Movimento projetil  1.1.10. Velocidade relativa  1.2. Dinâmica  1.2.1. Leis do Movimento de Newton  1.2.2. Inércia e massa  1.2.3. Força e seus tipos  1.2.4. força de ação e reação  1.2.5. Fricção e seus efeitos  1.2.6. Coeficiente de atrito  1.2.7. Movimento circular  1.2.8. Força centrípeta e aceleração centrípeta  1.2.9. Momento e Impulso  1.2.10. Conservação do momento  1.2.11. A terceira lei de Newton e aplicações  1.3. Trabalho, Energia e Potência  1.3.1. Trabalho realizado pela força  1.3.2. Teorema do trabalho–energia  1.3.3. Energia cinética  1.3.4. Energia potencial  1.3.5. Energia Mecânica  1.3.6. Conservação de Energia  1.3.7. Potência e eficiência  1.3.8. Renewable and non-renewable energy sources  1.4. Força gravitacional  1.4.1. Lei da gravitação universal de Newton  1.4.2. Campo gravitacional e intensidade do campo  1.4.3. Aceleração da gravidade em diferentes planetas  1.4.4. As leis do movimento planetário de Kepler  1.4.5. Órbitas e satélites  1.4.6. Peso e peso aparente  1.4.7. Energia potencial gravitacional
  2. Properties of matter  2.1. Estados da Matéria  2.1.1. Sólido, líquido e gás  2.1.2. Molecular structure of matter  2.1.3. Forças intermoleculares  2.1.4. Plasma e Condensado de Bose–Einstein  2.2. Pressão  2.2.1. Definição de Pressão  2.2.2. Pressão em líquidos  2.2.3. Pressão atmosférica  2.2.4. Princípio de Pascal  2.2.5. Princípio de Arquimedes e Flutuabilidade  2.2.6. Tensão superficial e capilaridade  2.3. Elasticidade  2.3.1. Lei de Hooke  2.3.2. Tensão e deformação  2.3.3. Limite de Elasticidade e Módulo de Elasticidade  2.3.4. Aplicações da Elasticidade
  3. Física térmica  3.1. calor e temperatura  3.1.1. Diferença Entre Calor e Temperatura  3.1.2. Escala de temperatura  3.1.3. Expansão térmica  3.1.4. Equilíbrio térmico  3.2. Transferência de calor  3.2.1. Condutividade  3.2.2. Convecção  3.2.3. Radiação  3.2.4. Isolamento e suas aplicações  3.3. Propriedades térmicas da matéria  3.3.1. Capacidade térmica específica  3.3.2. Calor latente e mudança de fase  3.3.3. Ponto de Ebulição e Fusão  3.3.4. Motores térmicos e refrigeração  3.4. Laws of Thermodynamics  3.4.1. Lei zero da termodinâmica  3.4.2. Primeira lei da termodinâmica  3.4.3. Segunda lei da termodinâmica  3.4.4. Ciclo de Carnot
  4. Ondas e óptica  4.1. A natureza e as propriedades das ondas  4.1.1. Tipos de ondas na natureza e propriedades das ondas  4.1.2. Ondas transversais e longitudinais  4.1.3. Parâmetros das ondas  4.1.4. Reflexão e refração de ondas  4.1.5. Superposição e Interferência  4.1.6. Ondas estacionárias e ressonância  4.1.7. Efeito Doppler  4.2. Ondas sonoras  4.2.1. Características das ondas sonoras  4.2.2. Velocidade do som em diferentes meios  4.2.3. Aplicações das ondas sonoras  4.2.4. Ultrassom e seus usos  4.3. Ondas de Luz e Óptica  4.3.1. Natureza da luz  4.3.2. Reflexão da luz  4.3.3. Leis da reflexão  4.3.4. Espelhos e Formação de Imagens  4.3.5. Refração da luz  4.3.6. Lei de Snell  4.3.7. Lentes e Formação de Imagens  4.3.8. Reflexão interna total e ângulo crítico  4.3.9. Fibra óptica  4.4. Optical Instruments  4.4.1. Microscópio  4.4.2. Telescope  4.4.3. Olho humano e defeitos de visão  4.4.4. Câmera e seu princípio de funcionamento
  5. Eletricidade e Magnetismo  5.1. Eletrostática  5.1.1. Electric charge and its properties  5.1.2. Condutores e Isolantes  5.1.3. Lei de Coulomb  5.1.4. Campo elétrico e linhas de campo  5.1.5. Potencial elétrico e diferença de potencial  5.1.6. Capacitores e Capacitância  5.2. Eletricidade Corrente  5.2.1. Corrente elétrica e sua medição  5.2.2. Lei de Ohm  5.2.3. Resistência e resistividade  5.2.4. Circuitos em Série e Paralelos  5.2.5. Energia e potência elétrica  5.2.6. Leis de Kirchhoff  5.3. Magnetismo e Eletromagnetismo  5.3.1. Campo magnético e linhas de campo  5.3.2. Efeitos magnéticos da corrente elétrica  5.3.3. Indução eletromagnética  5.3.4. Leis de Faraday da indução eletromagnética  5.3.5. Transformadores e Aplicações  5.3.6. Corrente AC e DC
  6. Física Moderna  6.1. Física nuclear  6.1.1. Estrutura do átomo  6.1.2. Modelo atômico de Bohr  6.1.3. Níveis de Energia dos Elétrons  6.1.4. Raios-X e aplicações  6.2. Radioatividade  6.2.1. Tipos de radiação  6.2.2. Meia-vida e decaimento radioativo  6.2.3. Reações nucleares e aplicações  6.2.4. Fissão e Fusão  6.3. Física quântica  6.3.1. Dualidade onda-partícula  6.3.2. Efeito Fotoelétrico  6.3.3. Quantização de energia  6.3.4. Princípio da incerteza de Heisenberg
  7. Eletrônica e Comunicação  7.1. Semicondutores  7.1.1. Condutores, Isolantes e Semicondutores  7.1.2. Diodos e suas aplicações  7.1.3. Transistores e Portas Lógicas  7.1.4. LEDs e fotodiodos  7.2. Sistemas de Comunicação  7.2.1. Noções básicas de comunicação  7.2.2. Analog and digital signals  7.2.3. Comunicação sem fio e por fibra óptica  7.2.4. Ondas de Rádio e Modulação

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Lei de Coulomb


No mundo da física, um dos conceitos fundamentais a entender é como os objetos interagem entre si através das forças. Entre uma série de forças, as forças eletrostáticas se destacam como interações fundamentais que explicam muito sobre como os objetos se comportam em nível atômico. A lei de Coulomb é o princípio que descreve as forças atuando entre objetos carregados.

Entendendo a carga

Antes de mergulharmos na lei de Coulomb, é importante entender o que é carga. Toda a matéria é composta por átomos, que contêm prótons, nêutrons e elétrons. Prótons têm carga positiva, elétrons têm carga negativa e nêutrons são neutros. Em geral, a carga de uma substância depende do equilíbrio entre prótons e elétrons. Se houver mais elétrons do que prótons, o objeto torna-se carregado negativamente. Da mesma forma, se houver mais prótons do que elétrons, o objeto é carregado positivamente.

Imagine que você está brincando com dois balões. Antes de começar, ambos os balões estão suspensos de maneira neutra, sem serem afetados um pelo outro. Agora imagine que você está esfregando ambos os balões no cabelo. O que acontece a seguir é mágico e profundamente enraizado na lei de Coulomb.

A essência da lei de Coulomb

A lei de Coulomb descreve como objetos carregados interagem entre si. Esta lei afirma que a força entre dois objetos carregados é proporcional à magnitude de suas cargas e inversamente proporcional ao quadrado da distância entre eles.

F = k * (|q1 * q2| / r²)

Onde:

  • F é a força entre as cargas (em newtons).
  • q1 e q2 são as magnitudes das cargas (em coulombs).
  • r é a distância (em metros) entre os centros das duas cargas.
  • k é a constante de Coulomb, aproximadamente 8.9875 × 10^9 N m²/C².

Exemplo visual

R

Na figura acima, dois círculos representam partículas carregadas. A linha entre elas é r, que é a distância que separa as duas cargas. De acordo com a lei de Coulomb, a força entre essas duas partículas é afetada por suas cargas e essa distância.

Explorando os elementos da lei

Magnitude da carga

Considere duas partículas carregadas. Se ambas as partículas têm carga, a força entre elas também aumentará à medida que a magnitude dessas cargas aumentar. Esta relação é diretamente proporcional, o que significa que se você dobrar uma das cargas, a força também dobra. Por exemplo, se você tem duas cargas, q1 = 3C e q2 = 2C, e você altera q1 para 6C, a força também dobrará, assumindo que a distância permanece constante.

Distância entre cargas

A lei de Coulomb também nos diz que a força é inversamente proporcional ao quadrado da distância entre as cargas. Isso significa que, à medida que a distância entre duas cargas aumenta, a força entre elas diminui. Inversamente, à medida que a distância diminui, a força se torna mais forte.

Para visualizar:

Inicial Aumentada

No diagrama acima, no segundo cenário, à medida que a distância entre as cargas aumenta, a força diminui de acordo com a relação do inverso do quadrado.

Constante de Coulomb

A constante k na lei de Coulomb fornece a proporcionalidade adequada para a equação. Ela converte a relação proporcional em quantidades exatas. Seu valor é aproximadamente 8.9875 × 10^9 N m²/C², que é determinado através de meios experimentais.

Sinal das cargas e tipo de interação

As cargas podem ser de dois tipos: positivas ou negativas. O tipo de atração ou repulsão depende da natureza dessas cargas.

  • Cargas iguais repelem-se: uma carga positiva repele outra carga positiva, e uma carga negativa repele outra carga negativa.
  • Cargas diferentes atraem-se: carga positiva atrai carga negativa, e vice-versa.

Exemplo: carga positiva e negativa

Atração

A figura acima mostra uma carga positiva e uma negativa se atraindo. Isso segue a regra de que cargas opostas se atraem.

Aplicações da lei de Coulomb

A lei de Coulomb não é apenas teórica; ela tem aplicações práticas importantes no mundo real. Ela explica muitos fenômenos na química, física, engenharia e em outros campos:

Átomos e moléculas

Em um nível fundamental, a lei de Coulomb é importante para entender como os átomos formam ligações químicas. Elétrons são atraídos pelos núcleos positivamente carregados dos átomos, o que ajuda a formar moléculas.

Eletrônica

Na eletrônica, a lei de Coulomb ajuda no design e compreensão do comportamento de capacitores, isolantes e semicondutores. A força entre partículas carregadas é importante no design de circuitos.

Exemplos do dia a dia

  • Quando você arrasta os pés em um carpete e depois toca em uma maçaneta de metal, o choque que você sente é uma demonstração da transferência de cargas.
  • Outro exemplo prático é que cabelos se repelem devido à eletricidade estática.

Conclusão

A lei de Coulomb é um princípio importante que fundamenta nossa compreensão das interações entre objetos carregados. Ao descrever a força elétrica como uma função simples de magnitudes de carga e distâncias, ela fornece um entendimento profundo sobre a estrutura da matéria. Embora sua equação seja simples, suas implicações atingem as complexidades da química e da física que governam nosso universo.


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