Atividades de Carga Elétrica, Força (Coulomb) e Campo Elétrico para a 2ª série do Ensino Médio com gabarito

Quando trabalho eletrostática com uma turma da 2ª série, procuro ligar as regras de interação entre cargas à leitura cuidadosa de situações e ao uso das equações. A dificuldade nem sempre está em decorar a lei de Coulomb: muitas vezes, é preciso decidir primeiro se a força é atrativa ou repulsiva, identificar os dados relevantes e só então calcular. Também vale separar carga elétrica, campo e força, que se relacionam, mas não são a mesma grandeza.

Reuni aqui questões de múltipla escolha para apoiar uma aula, uma revisão ou uma avaliação. Elas percorrem interações entre cargas, polarização de um condutor, cálculo da força elétrica e campo associado à ruptura do ar. Há também itens de aplicação em contextos científicos e uma questão sobre radiação ionizante, que mobiliza análise de risco e aparece entre as questões fornecidas para a habilidade indicada.

O que o aluno de 2ª série precisa saber sobre Carga Elétrica, Força (Coulomb) e Campo Elétrico

Na 2ª série, espero que o estudante reconheça cargas positivas e negativas e use a regra de que cargas de mesmo sinal se repelem, enquanto cargas de sinais opostos se atraem. Também é importante compreender que um corpo neutro pode interagir com um corpo carregado: em um condutor, elétrons livres podem se redistribuir, produzindo polarização sem alterar a carga total do objeto. Para quantificar a interação entre cargas puntiformes, o estudante aplica a lei de Coulomb, F = k|q₁q₂|/r², converte unidades — por exemplo, microcoulombs para coulombs — e interpreta o sentido da força a partir dos sinais. Já o campo elétrico descreve a influência elétrica em uma região; em situações como a ruptura do ar, pode ser relacionado à diferença de potencial e à distância pela expressão E = V/d. Além de calcular, é necessário conferir unidades, potências de dez e se o problema pede intensidade, direção ou ambas.

O que ele precisa saber antes

Antes de começar, verifico se a turma está confortável com operações com números em notação científica e com o quadrado de uma distância. Para resolver os itens quantitativos, também são necessários a conversão de microcoulombs para coulombs, o uso de unidades do SI e a substituição de valores em fórmulas. Em porcentagens, é preciso distinguir a parte removida da parte que permanece. Para a questão de interação entre corpos, convém retomar a atração e a repulsão entre cargas e a possibilidade de redistribuição de elétrons em metais. A questão contextual sobre radiação ionizante exige que o estudante compreenda que a exposição pode ter efeitos biológicos e que dose e tempo de exposição são relevantes.

Onde os alunos mais erram

Nos itens de interação, um erro recorrente é trocar atração por repulsão quando aparecem sinais opostos. Por isso, peço que os alunos registrem os sinais antes de selecionar uma alternativa. Na lei de Coulomb, os distratores apontam para confusões bem concretas: omitir a constante k, usar r no lugar de r² ou calcular incorretamente a potência de dez. A conversão de microcoulombs também merece atenção; substituir diretamente o valor em μC como se já estivesse em coulombs altera muito o resultado.

Na questão da lata neutra, a dificuldade é interpretar neutralidade como ausência de interação. A lata continua neutra no total, mas a redistribuição de cargas cria uma região de sinal oposto mais próxima da esfera e uma região de mesmo sinal mais distante. Na questão da eficiência, alguns estudantes calculam quantas partículas foram removidas, embora o enunciado peça quantas restam. Já no item de radiação, o distrator mais provável minimiza o risco, apesar de o texto mencionar alterações celulares e danos ao DNA. No cálculo de distância e campo, vale conferir a relação fornecida e as unidades antes de escolher a resposta.

Como trabalhar em sala

• Comece pelos sinais: apresente pares de cargas e peça que a turma indique, antes de qualquer cálculo, se a força é atrativa ou repulsiva. Essa etapa separa a interpretação física da conta.
• Faça a conta em etapas: para a lei de Coulomb, os estudantes podem anotar dados, converter unidades, calcular r², substituir na expressão e conferir unidade e ordem de grandeza. A sequência ajuda a localizar erros.
• Explore a polarização com desenho: represente uma esfera carregada perto de uma lata neutra e peça que a turma mostre como os elétrons se redistribuem. Reforce que polarização não significa que a lata ganhou carga líquida.
• Compare removidas e restantes: em problemas de eficiência, faça os alunos escreverem o percentual removido e o complementar que permanece. É uma forma simples de evitar confundir a eficiência com a quantidade final.
• Feche com justificativas: depois de marcar uma alternativa, peça uma frase explicando por que ela é correta e por que um distrator plausível não serve. Essa prática evidencia se houve compreensão ou apenas escolha por tentativa.

Questões prontas de Carga Elétrica, Força (Coulomb) e Campo Elétrico para a 2ª série do Ensino Médio (com gabarito comentado)

As questões abaixo podem ser aplicadas em conjunto ou selecionadas conforme o objetivo da aula. Nas alternativas, indico a resposta correta e explico o raciocínio por trás das incorretas.

1. Radiação ionizante e risco ocupacional

Em uma cooperativa agrícola brasileira, trabalhadores manuseiam fertilizantes que contêm pequenas quantidades de substâncias radioativas. O responsável pela segurança informa que a radiação ionizante pode atravessar tecidos, alterar moléculas das células e provocar danos ao DNA. Ele também destaca que os efeitos dependem da dose e do tempo de exposição, por isso recomenda o uso de equipamentos de proteção e a redução do contato direto com esses produtos. Com base no texto, qual risco potencial está associado à exposição ocupacional à radiação ionizante presente nesses fertilizantes?

• ❌ A) Redução da probabilidade de câncer nos trabalhadores. O texto associa a exposição a danos no DNA, não à redução do risco.
• ❌ B) Aumento da produtividade dos trabalhadores. A alternativa muda o foco: o enunciado trata de efeitos biológicos, não de rendimento profissional.
• ❌ C) Ausência de efeitos biológicos nos trabalhadores. Isso contradiz a informação sobre alterações celulares e danos ao DNA.
• ✅ D) Aumento da probabilidade de câncer nos trabalhadores. Danos ao DNA podem favorecer mutações e elevar o risco, especialmente conforme a exposição; daí a importância de controlar tempo de contato e proteção.
• ❌ E) Melhora imediata da saúde dos trabalhadores. O texto não descreve benefício terapêutico, mas um risco que exige prevenção.

Gabarito comentado: D. O item avalia a interpretação de uma situação científica e a relação entre radiação ionizante e possíveis efeitos na saúde. Embora não trate diretamente de força de Coulomb, é uma das questões fornecidas para esta seleção e permite discutir leitura crítica e análise de riscos.

2. Campo de ruptura do ar e distância mínima

Um tambor plástico em depósito atingiu potencial V = 1,20×10⁵ V. Para evitar centelhamento no ar, estime a separação mínima até objetos metálicos se o campo de ruptura do ar é E_bd = 3,0×10⁶ V/m. Use d_min = V/E_bd. A distância deve ser dada em metros.

• ✅ A) d_min = 4,0×10⁻² m (4,0 cm). Dividindo 1,20×10⁵ V por 3,0×10⁶ V/m, obtemos 0,04 m. A unidade resulta em metros.
• ❌ B) d_min = 3,0×10⁻² m. Esse valor não resulta da divisão indicada entre potencial e campo de ruptura.
• ❌ C) d_min = 1,0×10⁻¹ m. É um valor maior que o resultado da relação fornecida; não se deve estimar sem executar a divisão.
• ❌ D) d_min = 2,0×10⁻² m. A substituição ou a manipulação das potências de dez foi feita incorretamente.
• ❌ E) d_min = 5,0×10⁻² m. O resultado excede o cálculo obtido com os dados do enunciado.

Gabarito comentado: A. Aplicamos diretamente d_min = V/E_bd. Recomendo conferir tanto o quociente numérico quanto as unidades: V dividido por V/m corresponde a metros.

3. Força entre duas microesferas positivas

Em uma atividade de eletrostática, duas microesferas plásticas estão isoladas de outros corpos. A primeira tem carga q₁ = +1,5 × 10⁻⁸ C e a segunda q₂ = +3,0 × 10⁻⁸ C. A distância entre seus centros é r = 0,050 m. Considere k = 9,0 × 10⁹ N·m²/C². Qual é a magnitude e a direção da força elétrica entre elas?

• ❌ A) F = 1,80 × 10⁻¹³ N, repulsiva. Esse resultado omite o fator k na lei de Coulomb.
• ❌ B) F = 8,10 × 10⁻⁵ N, repulsiva. A alternativa usa r no denominador, sem elevar a distância ao quadrado.
• ❌ C) F = 1,62 × 10⁻³ N, atrativa. A magnitude está correta, mas o sentido não: duas cargas positivas se repelem.
• ❌ D) F = 1,62 × 10⁻² N, repulsiva. Há um erro de potência de dez, que aumenta o resultado por uma ordem de grandeza.
• ✅ E) F = 1,62 × 10⁻³ N, repulsiva ao longo da linha que une as cargas. A lei de Coulomb dá F = k|q₁q₂|/r²; substituindo os valores, obtemos essa magnitude. Como os sinais são iguais, a interação é repulsiva.

Gabarito comentado: E. É importante calcular a magnitude e, depois, usar os sinais das cargas para indicar a direção da interação. A linha de ação passa pelos centros das microesferas.

4. Eficiência de um dispositivo eletrostático

Uma fábrica utiliza um dispositivo eletrostático para remover partículas do ar. Se o dispositivo tem eficiência de 90% na remoção de partículas carregadas, quantas permanecerão no ar se inicialmente havia 1000 partículas?

• ✅ A) 100 partículas. Se 90% são removidas, permanecem 10% de 1000, isto é, 100 partículas.
• ❌ B) 500 partículas. Esse resultado equivale a metade do total e não corresponde à eficiência informada.
• ❌ C) 900 partículas. Esse número representa as partículas removidas, não as que permanecem.
• ❌ D) 200 partículas. O percentual restante foi calculado incorretamente; 10% de 1000 são 100.
• ❌ E) 50 partículas. Esse valor corresponde a apenas 5% do total, não aos 10% que não foram removidos.

Gabarito comentado: A. A eficiência de remoção é 90%, então o complemento — 10% — fica no ar. A pergunta pede a quantidade restante, não a quantidade retirada.

5. Esfera carregada aproximada de uma lata metálica neutra

Uma esfera leve de isopor recebeu carga elétrica e foi aproximada, sem tocar, de uma lata metálica inicialmente neutra. A esfera deslocou-se em direção à lata. Como os elétrons podem se mover pelo metal, eles se redistribuíram durante a aproximação, sem transferência de carga entre os corpos. Qual alternativa explica o movimento?

• ❌ A) A esfera é repelida porque a lata concentra cargas de mesmo sinal na face mais próxima. A redistribuição coloca cargas de sinal oposto mais perto da esfera.
• ❌ B) A esfera permanece em repouso porque a lata neutra não exerce força. Neutralidade total não impede polarização nem interação elétrica.
• ❌ C) A esfera é atraída somente se sua carga for positiva. Cargas de ambos os sinais podem provocar redistribuição dos elétrons no condutor.
• ✅ D) A esfera é atraída porque a lata se polariza, concentrando cargas de sinal oposto no lado mais próximo, embora permaneça neutra no total. A atração da região próxima supera a repulsão da região mais distante, pois a força é maior a menor distância.
• ❌ E) A lata adquire permanentemente carga de sinal oposto mesmo sem contato ou ligação à Terra. Sem aterramento ou contato, ocorre separação interna de cargas, não mudança da carga total.

Gabarito comentado: D. A situação ilustra polarização eletrostática. A lata permanece neutra no conjunto, mas a distribuição interna de cargas deixa de ser uniforme enquanto a esfera carregada está próxima.

6. Barra positiva aproximada de um balão negativo

Uma pessoa segura uma barra de metal carregada positivamente e a aproxima de um balão com carga negativa. O que acontece e como se explica a interação?

• ❌ A) O balão se afasta da barra. O afastamento é esperado para cargas de mesmo sinal; aqui os sinais são opostos.
• ✅ B) O balão é atraído pela barra. Cargas positivas e negativas se atraem, portanto a interação tende a aproximar os corpos.
• ❌ C) Ambos permanecem no mesmo lugar. A existência de cargas opostas implica interação elétrica.
• ❌ D) A barra perde sua carga. A aproximação, sem contato especificado, não significa que a barra perde carga; ela exerce força elétrica.
• ❌ E) O balão explode. Não há informação que indique explosão; essa possibilidade não decorre da regra de interação entre as cargas descritas.

Gabarito comentado: B. A regra de sinais resolve o item: cargas opostas se atraem. A questão também é útil como diagnóstico rápido antes de avançar para cálculos de força.

7. Interação entre condutores com cargas de sinais opostos

Dois condutores estão eletricamente carregados: um tem carga de +3 µC e o outro, −3 µC. Como eles interagem?

• ❌ A) Repelir-se-ão. A repulsão ocorre entre cargas de mesmo sinal, não entre as cargas opostas apresentadas.
• ✅ B) Atrair-se-ão. Um corpo positivo e outro negativo exercem força de atração entre si.
• ❌ C) Não terão interação. Cargas elétricas interagem mesmo que os condutores tenham cargas de mesmo módulo.
• ❌ D) Causarão necessariamente uma descarga elétrica. O enunciado não informa contato, distância de ruptura ou condições para concluir que haverá descarga.
• ❌ E) Se neutralizarão instantaneamente. A neutralização não é automática apenas por estarem carregados e próximos; o item pergunta sobre a interação.

Gabarito comentado: B. Os sinais diferentes indicam atração. É importante não confundir a existência de uma força entre os condutores com contato, descarga ou neutralização instantânea.

8. Força elétrica entre esferas no vácuo

Duas pequenas esferas metálicas eletrizadas estão no vácuo, separadas por 0,20 m. A primeira tem carga +3,0 µC e a segunda +5,0 µC. Considere k = 9,0 × 10⁹ N·m²/C² e use F = k·|q₁q₂|/r². Calcule a intensidade da força elétrica.

• ❌ A) 0,135 N. Esse valor corresponde ao numerador da expressão; ainda falta dividir pelo quadrado da distância.
• ❌ B) 6,750 N. O cálculo trata (0,20)² como 0,020, mas o valor correto é 0,040.
• ❌ C) 0,675 N. A distância foi usada diretamente no denominador, sem calcular r².
• ✅ D) 3,375 N. Convertendo as cargas: 3,0 × 10⁻⁶ C e 5,0 × 10⁻⁶ C. Com (0,20)² = 0,040, a lei de Coulomb resulta em 3,375 N. Como os sinais são iguais, a força é repulsiva, embora a pergunta solicite somente a intensidade.
• ❌ E) 1,125 N. A conta considera indevidamente apenas uma das cargas no produto, em vez de multiplicar q₁ por q₂.

Gabarito comentado: D. Este item permite revisar simultaneamente conversão de unidades, produto das cargas e quadrado da distância. Na correção, vale pedir que os estudantes mostrem cada etapa da substituição, em vez de apresentar somente o resultado.

Próximos passos

Posso usar essas questões como diagnóstico, atividade de revisão ou parte de uma avaliação, selecionando os itens conforme o conteúdo já trabalhado. Para ampliar o banco de exercícios relacionados à habilidade, consulte as questões da habilidade EM13CNT104. Se quiser montar uma avaliação com outros temas e organizar questões para a turma, experimente o gerador de provas do GeraProva ou faça seu cadastro grátis.

As questões desta página servem como apoio e podem ser adaptadas ao planejamento e ao ritmo da sua turma. Use o gabarito comentado para abrir espaço para justificativas e revisar os conceitos que ainda precisam de atenção.