O que É Física?

Um dos objetivos da física é identificar as forças básicas da natureza, como

as forças elétricas que foram discutidas no Capítulo 21. Um objetivo correlato é determinar se uma força é conservativa, ou seja, se pode ser associada a uma energia potencial. A razão para associar uma energia potencial a uma força é que isso permite aplicar o princípio de conservação da energia mecânica a sistemas fechados que envolvem a força. Esse princípio extremamente geral pode ser usado para obter os resultados de experimentos nos quais os cálculos baseados em forças seriam muito difíceis. Os físicos e engenheiros descobriram empiricamente que a força elétrica é conservativa e, que, portanto, é possível associar a ela uma energia potencial elétrica. Neste capítulo, vamos definir essa energia potencial e aplicá-la a alguns problemas práticos.

A título de introdução, vamos voltar a um problema que examinamos

no Capítulo 22. Na Fig. 24-1, a partícula 1, de carga positiva q , está situada 1 no ponto P, nas vizinhanças da partícula 2, de carga positiva q . Como 2

vimos no Capítulo 22, a partícula 2 pode exercer uma força sobre a partícula 1 sem que haja contato entre as duas partículas. Para explicar a existência da força (que é uma grandeza vetorial), definimos um campo elétrico (que também é uma grandeza vetorial) que é criado pela partícula 2 no ponto P. O campo existe, mesmo que a partícula 1 não esteja presente no ponto P. Quando colocamos a partícula 1 nessa posição, ela fica submetida a uma força porque possui uma carga q e está em um ponto 1 onde existe um campo elétrico .

Aqui está um problema correlato: Quando liberamos a partícula 1 no ponto P, ela começa a se mover e, portanto, adquire energia cinética. Como a energia não pode ser criada, de onde vem essa energia? Essa energia vem da energia potencial elétrica U associada à força entre as duas partículas no

arranjo da Fig. 24-1. Para explicar a origem da energia potencial U (que é uma grandeza escalar), definimos um potencial elétrico V (que também é uma grandeza escalar) criado pela partícula 2 no ponto P. Quando a partícula 1 é colocada no ponto P, a energia potencial do sistema de duas partículas se deve à carga q e ao potencial elétrico V. 1

Nossos objetivos neste capítulo são (1) definir o potencial elétrico, (2) discutir o cálculo do potencial elétrico para vários arranjos de partículas e objetos carregados e (3) discutir a relação entre o potencial elétrico V e a energia potencial elétrica U.