Atividades de Carga Elétrica, Força (Coulomb) e Campo Elétrico para a 3ª série do Ensino Médio com gabarito

Quando trabalho carga elétrica, força de Coulomb e campo elétrico com a 3ª série, percebo que o desafio não está apenas em memorizar fórmulas. É preciso ajudar a turma a interpretar sinais, posições e sentidos, além de relacionar o resultado numérico à situação descrita. Em uma mesma sequência, podemos sair de uma situação cotidiana, como o choque em um dia seco, e chegar à análise vetorial de várias cargas.

Por isso, reuni oito questões que permitem observar diferentes etapas do raciocínio: reconhecer a interação entre cargas, calcular forças e campos, comparar forças com o peso e interpretar consequências em contextos científicos. Uso o gabarito comentado para discutir não só a alternativa correta, mas também os caminhos que levam aos distratores.

O que o aluno de 3ª série precisa saber sobre Carga Elétrica, Força (Coulomb) e Campo Elétrico

O aluno precisa reconhecer que cargas elétricas podem ser positivas ou negativas, que cargas de mesmo sinal se repelem e que cargas de sinais opostos se atraem. Para calcular a intensidade da força entre cargas puntiformes, deve aplicar a lei de Coulomb, considerando os módulos das cargas, a distância entre elas ao quadrado e a constante eletrostática. O sinal das cargas não determina o módulo calculado, mas é indispensável para estabelecer a direção e o sentido de cada força. Também precisa compreender que o campo elétrico descreve a ação elétrica em uma região: para uma carga puntiforme, seu módulo depende da carga geradora e da distância, e sua direção é definida pelo sentido da força sobre uma carga de prova positiva. Em campo uniforme, a força elétrica é dada por Fₑ = qE. Na 3ª série, espero ainda que a turma componha vetores, compare força elétrica e peso em situações de equilíbrio ou movimento e interprete resultados em contextos como descargas, partículas suspensas e interações entre corpos.

O que ele precisa saber antes

As questões pressupõem que os estudantes saibam identificar carga positiva e negativa, converter microcoulombs para coulombs e reconhecer a unidade de distância usada nos cálculos. Também é necessário calcular o peso pela relação P = mg, aplicar operações com potências de dez e trabalhar com distância elevada ao quadrado. Para questões de campo e força resultantes, a turma precisa representar direções e sentidos em um eixo e somar vetores quando atuam na mesma linha. Retomar essas ideias antes da lista evita que um erro de conversão ou de interpretação do sinal seja confundido com desconhecimento do conceito principal.

Onde os alunos mais erram

Nas questões, aparecem dois focos recorrentes. O primeiro é confundir o sentido da força ou do campo: por exemplo, tratar cargas opostas como repulsivas ou imaginar que uma carga positiva sofre força contrária ao campo. O segundo é comparar incorretamente grandezas ou calcular sem elevar a distância ao quadrado, o que pode levar a uma conclusão errada mesmo quando a fórmula foi lembrada. Há ainda o risco de subtrair módulos de forças sem antes identificar seus sentidos, como na análise de cargas alinhadas. Nos casos de partícula submetida à gravidade, vale pedir que os alunos desenhem separadamente o peso e a força elétrica; a comparação entre os módulos só faz sentido depois de definir a orientação de cada uma.

Como trabalhar em sala

• Comece pelo sentido, depois pelo cálculo: antes de substituir valores, peça que a turma desenhe as cargas e indique se a interação é de atração ou repulsão. Assim, a resposta numérica não esconde um erro de interpretação.
• Monte um quadro de forças: em situações com gravidade, os estudantes podem registrar peso e força elétrica em linhas separadas, com módulo, direção e sentido. Depois, comparam os valores e determinam a força resultante.
• Use um eixo desenhado no quadro: para problemas com várias cargas, marque as posições e represente cada contribuição com uma seta. A soma vetorial fica mais visível e ajuda a justificar por que os módulos se somam ou se subtraem.
• Retome unidades e potências de dez: proponha que a turma escreva primeiro as cargas em coulombs e explicite o quadrado da distância antes de calcular. É uma prática simples que ajuda a localizar erros algébricos.
• Feche com leitura do contexto: depois do cálculo, peça uma frase que interprete o resultado: a partícula sobe ou não? O campo ultrapassa o limiar citado? A interação é atraente ou repulsiva? Isso aproxima a Física da decisão que a questão solicita.

Questões prontas de Carga Elétrica, Força (Coulomb) e Campo Elétrico para a 3ª série do Ensino Médio (com gabarito comentado)

As questões a seguir podem ser aplicadas como atividade, revisão ou avaliação. Sugiro que os estudantes registrem os cálculos e indiquem o raciocínio, não apenas a letra escolhida.

1. Partícula eletrizada em campo elétrico e dispersão

Em uma pesquisa sobre a dispersão de partículas em áreas urbanas, uma equipe analisou uma partícula de poeira eletrizada positivamente. A partícula tem massa m = 2,0 × 10⁻⁶ kg e carga q = +1,0 × 10⁻⁹ C. No local, há um campo elétrico uniforme vertical, orientado para cima, de intensidade E = 5,0 × 10⁴ N/C. Considere g = 10 m/s² e despreze a resistência do ar. Partículas que permanecem suspensas podem alcançar regiões mais distantes e aumentar a exposição da população por inalação. Qual conclusão relaciona corretamente as forças e a possível consequência?

• ❌ A) A partícula não sobe, pois o campo elétrico atua apenas sobre partículas negativas; o peso seria a única força vertical relevante. Partículas positivas também sofrem força elétrica; o sinal define o sentido, não a existência da força.
• ❌ B) A partícula não sobe, pois Fₑ = 2,0 × 10⁻⁵ N é menor que P = 5,0 × 10⁻⁵ N. Os valores foram trocados: o cálculo fornece força elétrica de 5,0 × 10⁻⁵ N e peso de 2,0 × 10⁻⁵ N.
• ❌ C) A partícula fica em equilíbrio, pois Fₑ = P = 2,0 × 10⁻⁵ N. A força elétrica não é igual ao peso; é preciso calcular qE com os dados do enunciado.
• ❌ D) A carga positiva produz força para baixo, contrária ao campo. Para carga positiva, a força elétrica tem o mesmo sentido do campo.
• ✅ E) Fₑ = 5,0 × 10⁻⁵ N e P = 2,0 × 10⁻⁵ N. A força elétrica aponta para cima e supera o peso; a partícula tende a subir, podendo favorecer sua dispersão e a possibilidade de inalação. De fato, qE = (1,0 × 10⁻⁹)(5,0 × 10⁴), enquanto mg = (2,0 × 10⁻⁶)(10).

2. Campo elétrico na superfície de uma microesfera

Uma microesfera plástica de raio r = 1,0 × 10⁻⁶ m possui carga q = +4,0 × 10⁻¹⁶ C. Calcule o campo elétrico na superfície usando E = kq/r², com k = 9,0 × 10⁹, e avalie se há risco de ionização do ar, cuja ruptura ocorre aproximadamente em 3,0 × 10⁶ V/m.

• ✅ A) E = 3,6 × 10⁶ V/m; supera o limiar e pode haver ionização do ar, com possibilidade de descarga coronária. O cálculo é 9,0 × 10⁹ · 4,0 × 10⁻¹⁶ dividido por (1,0 × 10⁻⁶)².
• ❌ B) E = 4,0 × 10⁶ V/m, sem risco. O valor não corresponde à substituição correta dos dados e, além disso, um campo acima do limiar não sustenta a conclusão de ausência de risco.
• ❌ C) E = 3,0 × 10⁶ V/m, sem risco de ionização. Esse não é o resultado do cálculo; também é necessário comparar o valor obtido com o limiar indicado.
• ❌ D) E = 5,0 × 10⁶ V/m, com risco de ignição. O campo foi calculado incorretamente; a conclusão específica sobre ignição não decorre dos dados fornecidos.
• ❌ E) E = 1,2 × 10⁶ V/m, abaixo do limiar. Esse resultado subestima o campo; o raio deve ser elevado ao quadrado na expressão.

3. Força resultante sobre uma esfera entre duas cargas

Três pequenas esferas carregadas estão alinhadas sobre um trilho horizontal, com o eixo x orientado da esquerda para a direita. A esfera 1 tem q₁ = +6,0 × 10⁻⁶ C e está em x₁ = 0,00 m. A esfera 2 tem q₂ = −2,0 × 10⁻⁶ C e está em x₂ = 0,20 m. A esfera 3 tem q₃ = +1,0 × 10⁻⁶ C e está em x₃ = 0,08 m. Despreze outras interações e use k = 9,0 × 10⁹ N·m²/C². Determine o módulo e o sentido da força resultante exercida pelas esferas 1 e 2 sobre a esfera 3.

• ❌ A) Aproximadamente 7,19 N para a direita. Subtrai os módulos como se as forças tivessem sentidos opostos. Na verdade, ambas apontam para a direita.
• ❌ B) Aproximadamente 9,69 N para a esquerda. O módulo está correto, mas o sentido foi invertido ao analisar as posições e os sinais.
• ❌ C) Aproximadamente 8,44 N para a direita. Esse é apenas o módulo da força de q₁ sobre q₃; falta incluir a contribuição de q₂.
• ❌ D) Aproximadamente 12,00 N para a direita. O resultado decorre de usar distâncias inadequadas e superestimar a força de q₂.
• ✅ E) Aproximadamente 9,69 N para a direita. q₁ e q₃ são positivas, então a interação é repulsiva e q₃ é empurrada para a direita: F₁₃ = 8,44 N. q₂ é negativa e está à direita de q₃; atrai q₃ também para a direita, com F₂₃ = 1,25 N. Assim, os módulos se somam.

4. Carga mínima no pente para erguer um fragmento de papel

Um fragmento de papel de massa m = 2,0 g está a 5,0 cm de um pente carregado. Se o papel tem carga induzida q₂ = 1,0 × 10⁻⁹ C, qual carga mínima q₁ no pente faz a força eletrostática igualar o peso? Use g = 10 m/s² e k = 9,0 × 10⁹ N·m²/C².

• ❌ A) A força eletrostática não precisa superar o peso. Para iniciar a elevação, a força elétrica deve ao menos equilibrar o peso; para superá-lo, precisa ser maior.
• ❌ B) O peso é 0,1 N. A massa deve ser convertida: 2,0 g = 0,002 kg, portanto P = mg = 0,02 N.
• ✅ C) q₁ ≈ 5,6 × 10⁻⁶ C, ou 5,6 µC. Igualando k|q₁q₂|/r² a mg, obtemos q₁ = mg r²/(kq₂) ≈ 5,6 × 10⁻⁶ C. Para superar o peso, a carga deve ser ligeiramente maior que esse valor-limite.
• ❌ D) q₁ deve ser 10 µC. Esse valor não é a carga mínima obtida pela igualdade entre força elétrica e peso; o cálculo leva a aproximadamente 5,6 µC.
• ❌ E) q₁ deve ser 2,0 µC. Com esse valor, a força elétrica fica abaixo do peso, portanto não atende à condição pedida.

5. Campo elétrico necessário para manter uma gota em equilíbrio

Uma gota carregada positivamente, de massa m = 3,6 × 10⁻⁸ kg e carga q = +1,2 × 10⁻¹² C, fica em equilíbrio estático em um campo elétrico vertical uniforme. Usando g = 10 m/s² e Fₑ = qE, calcule a intensidade e a direção do campo necessário para equilibrar o peso.

• ❌ A) E = 1,0 × 10⁶ N/C, para baixo. Uma carga positiva sofre força no sentido do campo; para equilibrar o peso, que aponta para baixo, a força elétrica deve apontar para cima.
• ❌ B) E = 4,0 × 10⁵ N/C. O valor não resulta da igualdade entre qE e mg e não justifica o equilíbrio informado.
• ❌ C) E = 3,6 × 10⁵ N/C, usando g = 9 m/s². O enunciado especifica g = 10 m/s²; além disso, a substituição correta resulta em 3,0 × 10⁵ N/C.
• ✅ D) E = mg/q = 3,0 × 10⁵ N/C, dirigido para cima. No equilíbrio, qE = mg; como a carga é positiva, o campo deve apontar para cima para que a força elétrica contrabalanceie o peso.
• ❌ E) E = 2,0 × 10⁵ N/C. Esse campo não produz força elétrica de mesma intensidade que o peso da gota.

6. Choque elétrico em um dia de baixa umidade

Em um dia de baixa umidade, os fios de um dispositivo eletrônico geraram um choque ao serem tocados. O que isso indica sobre a carga elétrica e o ambiente?

• ✅ A) O ambiente seco favorece o acúmulo de carga. A umidade alta facilita a dissipação, enquanto a baixa umidade permite que cargas estáticas permaneçam acumuladas com mais facilidade.
• ❌ B) A umidade não influencia. Ela pode interferir na dissipação das cargas, por isso a condição do ar ajuda a explicar a situação descrita.
• ❌ C) Cargas são eliminadas em ambientes secos. O comportamento é o contrário: em baixa umidade, a dissipação tende a ser menos eficiente.
• ❌ D) Choques ocorrem apenas com água. Descargas eletrostáticas também podem ocorrer em ambientes secos.
• ❌ E) Cargas não existem em ar seco. A carga elétrica continua existindo; o ar seco favorece sua acumulação nos corpos.

7. Interação entre dois grupos ionizados

Em um modelo simplificado de uma proteína de membrana, dois grupos ionizados são representados como cargas puntiformes separadas por 0,200 m no interior de uma célula. Considere q₁ = +2,00 µC e q₂ = −3,00 µC, k = 9,0 × 10⁹ N·m²/C² e F = k|q₁q₂|/r². Calcule a magnitude da força e indique se a interação é atraente ou repulsiva.

• ✅ A) F = 1,35 N, atraente. Convertendo as cargas para coulombs e substituindo na lei de Coulomb, F = (9,0 × 10⁹)(2,00 × 10⁻⁶)(3,00 × 10⁻⁶)/(0,200)² = 1,35 N. Como os sinais são opostos, há atração.
• ❌ B) F = 0,27 N, atraente. O erro está na conversão das cargas em microcoulombs; µC corresponde a 10⁻⁶ C.
• ❌ C) F = 1,35 N, repulsiva. O módulo está correto, mas cargas de sinais opostos se atraem, não se repelem.
• ❌ D) F = 2,70 N, atraente. A distância precisa ser elevada ao quadrado; aplicar a expressão corretamente fornece 1,35 N.
• ❌ E) F = 0,75 N, repulsiva. Essa alternativa combina um cálculo incorreto com uma interpretação errada dos sinais das cargas.

8. Campo elétrico resultante no ponto médio entre duas cargas

Dois pequenos corpos eletrizados estão fixos sobre o eixo x, no vácuo. O corpo 1 tem q₁ = +5,0 × 10⁻⁶ C em x = −0,15 m, e o corpo 2 tem q₂ = −2,0 × 10⁻⁶ C em x = +0,15 m. Um sensor está na origem. Use k = 9,0 × 10⁹ N·m²/C² e despreze outras cargas. Qual é o módulo e o sentido do campo elétrico resultante no sensor?

• ❌ A) E = 2,0 × 10⁶ N/C para a direita. Esse é somente o campo produzido por q₁; falta considerar a contribuição da carga negativa q₂.
• ❌ B) E = 1,2 × 10⁶ N/C para a direita. Os campos não devem ser subtraídos: ambos apontam para a direita no ponto considerado.
• ❌ C) E = 2,8 × 10⁶ N/C para a esquerda. O módulo está correto, mas o sentido foi invertido. O campo da carga positiva aponta para longe dela; o da negativa aponta em direção a ela. Ambos apontam para a direita.
• ❌ D) E = 0,8 × 10⁶ N/C para a direita. Esse é apenas o campo produzido por q₂; falta incluir o campo de q₁.
• ✅ E) E = 2,8 × 10⁶ N/C para a direita. As duas cargas estão a 0,15 m da origem. q₁ produz E₁ = 2,0 × 10⁶ N/C para a direita; q₂ produz E₂ = 0,8 × 10⁶ N/C também para a direita. Portanto, os campos se somam.

Próximos passos

Depois da resolução, vale retomar as alternativas mais escolhidas e pedir que os estudantes expliquem o erro de raciocínio, não apenas apresentem o cálculo correto. Para ampliar a sequência, consulte também as questões da habilidade EM13CNT306 e as questões da habilidade EM13CNT104. Você pode organizar uma avaliação personalizada no gerador de provas do GeraProva e, se ainda não utiliza a plataforma, fazer o cadastro grátis.

Use as questões como ponto de partida e ajuste a seleção ao percurso da sua turma. O GeraProva pode ajudar a preparar atividades e provas; confira sempre os enunciados e o gabarito antes de aplicar.