Fisica3 (Eletromagnetismo)

36 CAPÍTULO 22
y
Placa
Cálculos Aplicando a segunda lei de Newton (F = ma) às
componentes y da força e da aceleração, temos:
F QE
a-- --
Y - m - m · (22-30)
Placa
Figura 22-17 Uma gota de tinta de massa me carga Q é
desviada por um campo elétrico em uma impressora jato de
tinta.
IDEIA-CHAVE
Seja to tempo necessário para que a gota passe pela região
entre as placas. Durante esse intervalo, os deslocamentos
vertical e horizontal da gota são
Y = la t2 e L v t
2 Y = X'
(22-31)
respectivamente. Eliminando t nas duas equações e substituindo
aY por seu valor, dado pela Eq. 22-30, obtemos:
A gota está negativamente carregada e o campo elétrico
está dirigido para baixo. De acordo com a Eq. 22-28, a
gota é submetida a uma força eletrostática constante de
módulo QE, dirigida para cima. Assim, ao mesmo tempo
que se desloca paralelamente ao eixo x com velocidade
constante vx, a gota é acelerada para cima com uma aceleração
constante ayy=
QEL2
2mv~
(1,5 X 10- 13 C)(l,4 X 10 6 N/C)(l,6 X 10- 2 m)2
(2)(1,3 X 10- 10 kg)(18 m/s) 2
= 6,4 X 10- 4 m
= 0,64mm. (Resposta)
Lado positivo
Lado n egativo
Figura 22-18 Uma molécula de
H 2 0, mostrando os três núcleos
(representados por pontos) e as regiões
ocupadas pelos elétrons. O momento
dipolar elétrico p aponta do lado do
oxigênio (negativo) para o lado do
hidrogênio (positivo) da molécula.
22-9 Um Dipolo em um Campo Elétrico
Definimos o momento dipolar elétrico j5 de um dipolo elétrico como um vetor que
aponta da carga negativa para a carga positiva do dipolo. Como veremos, o comportamento
de um dipolo na presença de um campo elétrico externo E pode ser totalmente
descrito em termos dos vetores Ê e p, sem necessidade de levar em conta
a estrutura detalhada do dipolo.
Uma molécula de água (H 2 0) se comporta como um dipolo elétrico; a Fig.
22-18 mostra a razão. Na figura, os pontos representam o núcleo de oxigênio (com oito
prótons) e os dois núcleos de hidrogênio (comum próton cada um). As áreas coloridas
representam as regiões em que os elétrons da molécula podem ser encontrados.
Na molécula de água, os dois átomos de hidrogênio e o átomo de oxigênio não
estão alinhados, mas formam um ângulo de aproximadamente 105º, como mostra a
Fig. 22-18. Em consequência, a molécula possui um "lado do oxigênio" e um "lado
do hidrogênio". Além disso, os 10 elétrons da molécula tendem a permanecer mais
tempo nas proximidades do núcleo de oxigênio que nas proximidades dos núcleos
de hidrogênio. Isso torna o lado do oxigênio ligeiramente mais negativo que o lado
do hidrogênio e dá origem a um momento dipolar elétrico j5 alinhado com o eixo
de simetria da molécula, como mostra a figura. Quando a molécula de água é submetida
a um campo elétrico externo, ela se comporta como o dipolo elétrico mais
abstrato da Fig. 22-8.
Para investigar esse comportamento, suponha que o dipolo é submetido a um
campo elétrico externo uniforme E, como na Fig. 22-l9a. Vamos supor que o dipolo
é uma estrutura rígida formada por duas cargas de sinais opostos, de valor absoluto
q, separadas por uma distância d. O momento dipolar j5 faz um ângulo e com
o campo E.
As duas extremidades do dipolo estão sujeitas a forças eletrostáticas. Como
o campo elétrico é uniforme, as forças têm sentidos opostos (como mostra a Fig.
22-19a) e o mesmo módulo F = qE. Assim, como o campo é uniforme, a força total
a que está submetido o dipolo é nula e o centro da massa do dipolo não se move.
Entretanto, as forças que agem sobre as extremidades do dipolo produzem um tor-