No universo existem 4 forças fundamentais: a força gravitacional, a força eletromagnética, a força nuclear forte e a força nuclear fraca. A força elétrica faz parte da segunda força fundamental citada, caracterizada por promover a atração e repulsão entre objetos.
Sempre quando se fala em força elétrica faz-se um comparativo com a força gravitacional, pois ambas são descritas de forma análoga: dois corpos interagindo devido a uma força, que diminui, quando os corpos são afastados, ou aumenta, quando os corpos são aproximados. Um exemplo disso, na força elétrica, é visto ao passar um pente de látex no cabelo e tentar aproximar de pedacinhos de papel. Haverá uma atração, mas se não aproximar o suficiente, não fará efeito. A semelhança é tanta entre forças elétricas e gravitacionais que até as equações que governam estas duas forças são idênticas, veremos adiante.
Contudo, há duas diferenças entre as forças elétricas e gravitacionais:
- A primeira diferença é que a força elétrica pode tanto aproximar quanto repelir os dois corpos ou mais que interagem, enquanto que a força gravitacional apenas os atrairá.
- A segunda diferença é que a força elétrica é extremamente mais intensa que a força gravitacional.
Ainda bem que existem estas diferenças, pois se não houvesse um equilíbrio entre a atração e a repulsão da força elétrica ou o Universo seria comprimido pela fortíssima atração, se tornando uma esfera compactada, ou ele sofreria uma grande expansão, se transformando em uma nuvem gasosa, devido a repulsão. E tudo isso porque a força elétrica predomina sobre a gravitacional quando se trata de intensidade.
Este equilíbrio entre as forças de atração e a repulsão se dá devido ao fato de existir o mesmo número de partículas positivas e negativas num todo.
No estudo da física, a força elétrica está inserida no conteúdo de eletrostática, ramo da física que estuda as cargas elétricas em repouso (paradas), com relação a um referencial inercial.
A força elétrica faz com que cargas elétricas de mesmo sinal (ambas positivas ou ambas negativas) se repilam e de sinais contrários se atraiam (positiva e negativa). Como os tamanhos dessas cargas são extremamente inferiores em relação à distância entre elas, elas são consideradas corpos pontuais e chamadas de cargas puntiformes.
Depois de Joseph Priestley (1733-1804), responsável pela descoberta do elemento oxigênio, inferir teorias e repetir experiências de Benjamin Franklin (1706-1790), isso por volta de 1766, sobre a lei das forças, encontrando relações entre as forças elétrica e gravitacional, a equação da força elétrica foi definida diretamente em 1785, quando Charles Augustin de Coulomb (1736-1806) utilizou a balança de torção para determiná-la. Posteriormente esta balança de torção foi utilizada para medir a constante gravitacional (G).
A equação da força elétrica ficou conhecida como Lei de Coulomb, e é dada por
onde
- F é a força elétrica de atração ou repulsão entre as cargas Q e q;
- d é a distância entre as cargas Q e q;
- k é a constante eletrostática.
Quando se calcula esta força no vácuo, a constante k se torna k0 e é dada pelo valor:
k0 = 8,98755 . 109 N . m²/C²
Desta forma, a força elétrica, matematicamente, é definida pelo produto das cargas elétricas dividido pelo quadrado da distância entre elas, assim como a força gravitacional, que é proporcional ao produto das massas e inversamente proporcional ao quadrado da distância entre elas,
Priestley havia previsto esta similaridade entre as equações.
Referências bibliográficas:
GONICK, Larri; HUFFMAN, Art. Introdução Ilustrada à Física – Tradução e adaptação de Luis Carlos de Menezes – Editora HARBRA, 1994.
HEWITT, Paul G., Física Conceitual – 9ª ed. – Bookman, 2008.
NUSSENZVEIG, Moysés, Curso de Física Básica: Eletromagnetismo – Vol. 3, 4 ed. – Edgard Blücher, 2002.