Entenda qual é a relação entre as auroras e o movimento de partículas carregadas (cargas elétricas) em campos magnéticos. É revisão de Física para o Enem!
Se você, assim como eu, gosta de fotografia, deve concordar que é um privilégio poder presenciar e registrar uma paisagem como a da foto que abre este post. O que será que gera essas belas imagens nos céus dos polos norte e sul da Terra?
O que veremos nessa revisão é que, um dos princípios que está por trás das auroras é o movimento de cargas elétricas em um campo magnético, que nesse caso é o campo magnético terrestre.
A todo o momento, nosso planeta é bombardeado por raios cósmicos vindo do espaço, muitos deles provenientes de erupções solares. O que poucos sabem é que esses raios cósmicos são formados por diversas partículas carregadas que ao entrarem no campo magnético da Terra ficam confinadas no que chamamos de cinturão da Van Allen (Não o Van Halen do rock!).
As partículas que escapam acabam dando origem às belíssimas Auroras Boreais (Polo Norte) e Austrais (Polo Sul), ao interagirem com a atmosfera do planeta, o que gera as cores observadas.
Linhas de campo magnético da Terra onde são defletidas as partículas com cargas elétricas, dando origem ao que conhecemos como cinturão de Van Allen.
O que ocorre é que a partícula carregada proveniente dos ventos solares, ao encontrar o campo magnético terrestre, fica sujeita a uma força de ordem magnética (Força de Lorentz), a qual modifica sua trajetória.
Em relação a essa força magnética, sabemos que ela depende de fatores como: a carga (q) e a velocidade (v) da partícula em movimento, o valor do campo magnético (B), e a orientação (theta) entre os vetores velocidade e campo magnético. Matematicamente, temos:

Veja na imagem acima uma Carga q adentrando com velocidade v em uma região onde existe um campo magnético B, orientado horizontalmente para a direita.
Sendo a força magnética um vetor originado do produto vetorial de v e B, é necessária a definição de suas características: intensidade, direção e sentido. A intensidade vem da relação citada acima, já a direção e o sentido podem ser determinados pela regra da mão esquerda, onde os dedos fazem papel dos vetores, tal como segue:

Obervação: A regra da mão esquerda representa a força de uma carga positiva; se a carga da partícula for negativa, o sentido da força é o oposto do que foi apresentado.
A força magnética é sempre perpendicular aos vetores velocidade e campo magnético, o que mostra o motivo pelo qual ela não altera o módulo da velocidade, pois uma força que atue perpendicularmente ao deslocamento de um objeto não executa sobre este, um trabalho, não conferindo assim energia a essa partícula.
É importante ressaltar os casos especiais da força magnética, que fazem relação com a maneira como a carga penetra ao campo magnético.

Para alterar o módulo do vetor velocidade da partícula, conferindo assim um ganho ou perda de energia cinética, é preciso a presença de um campo elétrico. Uma partícula em movimento dentro de um campo elétrico fica sujeita a uma força elétrica, que atua na direção do vetor velocidade e alterando o seu modulo, para valores maiores, se atuar no mesmo sentido da velocidade, ou menores quando a força elétrica tiver sentido contrário ao da velocidade.
Podemos definir a força elétrica em termos do campo elétrico presente no local onde a partícula carregada se desloca, como:

Essa é a força responsável por alterar o módulo da velocidade da carga elétrica, uma vez que atua na direção do deslocamento (F e v no mesmo sentido). É importante salientar que uma carga elétrica positiva, sofre uma força que atua no mesmo sentido do campo elétrico (E), enquanto uma carga negativa sempre se desloca no sentido contrário ao campo presente no local. Você pode observar melhor na imagem:

Veja a videoaula a seguir para saber mais sobre as cargas elétricas:
Exercícios sobre cargas elétricas:
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Pergunta 1 de 10
1. Pergunta
(UNIFOR CE/2017)
Uma carga negativa se encontra numa região do espaço onde há um campo elétrico dirigido verticalmente para baixo. Pode-se afirmar que a força elétrica atuante sobre ela é:
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Pergunta 2 de 10
2. Pergunta
(UEA AM/2017)
Duas cargas elétricas A e B contêm 1,0 coulomb cada e estão separadas 1,0 metro uma da outra, como mostra a figura.
Considerando a constante eletrostática do meio entre as cargas igual a k, os módulos da força elétrica entre elas e do campo elétrico que uma gera na outra, respectivamente, são iguais a
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Pergunta 3 de 10
3. Pergunta
(ENEM/2017)
Um pente plástico é atritado com papel toalha seco. A seguir ele é aproximado de pedaços de papel que estavam sobre a mesa. Observa-se que os pedaços de papel são atraídos e acabam grudados ao pente, como mostra a figura.
Disponível em: http://ogostoamargodometal.wordpress.com.
Acesso em: 10 ago. 2012.Nessa situação, a movimentação dos pedaços de papel até o pente é explicada pelo fato de os papeizinhos
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Pergunta 4 de 10
4. Pergunta
(FAMERP SP/2016)
Uma carga puntiforme Q1, positiva, encontra-se fixa no plano cartesiano indicado na figura. Ela gera um campo elétrico ao seu redor, representado pelos vetores e , nos pontos F e G, respectivamente.
Uma segunda carga puntiforme Q2, também positiva, com Q1 = Q2, deve ser fixa no mesmo plano, de maneira que o campo elétrico resultante no ponto P, devido às presenças de Q1 e Q2, seja nulo. Para que se consiga esse efeito, a carga Q2 deve ser fixa no ponto
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Pergunta 5 de 10
5. Pergunta
(FUVEST SP/2015)
Em uma aula de laboratório de Física, para estudar propriedades de cargas elétricas, foi realizado um experimento em que pequenas esferas eletrizadas são injetadas na parte superior de uma câmara, em vácuo, onde há um campo elétrico uniforme na mesma direção e sentido da aceleração local da gravidade. Observou-se que, com campo elétrico de módulo igual a 2 x 103 V/m, uma das esferas, de massa 3,2 x 10–15 kg, permanecia com velocidade constante no interior da câmara. Essa esfera tem
Note e adote:
carga do elétron = –1,6 x 10–19 C
carga do próton = +1,6 x 10–19 C
aceleração local da gravidade = 10 m/s2Correto
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Pergunta 6 de 10
6. Pergunta
(UERJ/2017)
A aplicação de campo elétrico entre dois eletrodos é um recurso eficaz para separação de compostos iônicos. Sob o efeito do campo elétrico, os íons são atraídos para os eletrodos de carga oposta.
Admita que a distância entre os eletrodos de um campo elétrico é de 20 cm e que a diferença de potencial efetiva aplicada ao circuito é de 6 V.
Nesse caso, a intensidade do campo elétrico, em V/m, equivale a:
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Pergunta 7 de 10
7. Pergunta
(Fac. Direito de São Bernardo do Campo SP/2018)
Uma partícula de massa igual a 1,7 x 10–27kg, executa um movimento retilíneo e uniforme na direção horizontal sobre uma extensa placa metálica plana e horizontal. A placa está intensamente eletrizada, com carga uniformemente distribuída em toda sua superfície. Sendo a intensidade do módulo do campo elétrico igual a 1,06 x 10–7 V/m, determine, em coulombs, o módulo aproximado da carga elétrica da partícula. Adote g = 10m/s2.
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Pergunta 8 de 10
8. Pergunta
(PUC RS/2016)
Considere a figura abaixo, que representa as linhas de força do campo elétrico gerado por duas cargas puntuais QA e QB.
A soma QA + QB é, necessariamente, um número
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Pergunta 9 de 10
9. Pergunta
(Mackenzie SP/2015)
Considere as seguintes afirmações, admitindo que em uma região do espaço está presente uma carga geradora de campo elétrico (Q) e uma carga de prova (q) nas suas proximidades.
I. Quando a carga de prova tem sinal negativo (q<0), os vetores força e campo elétrico têm mesma direção, mas sentidos opostos.
II. Quando a carga de prova tem sinal positivo (q>0), os vetores força e campo elétrico têm mesma direção e sentido.
III. Quando a carga geradora do campo tem sinal positivo (Q>0), o vetor campo elétrico tem sentido de afastamento da carga geradora e quando tem sinal negativo (Q<0), tem sentido de aproximação, independente do sinal que possua a carga de prova.Assinale
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Pergunta 10 de 10
10. Pergunta
(UCS RS/2015)
Um engenheiro de parque de diversões prepara para o trem fantasma um cenário onde as pessoas ficarão de frente com uma caveira de plástico que, ao abrir a boca, além de soltar uma gargalhada estridente, produzirá descargas elétricas entre a arcada dentária superior e a inferior. Para conseguir esse efeito, o engenheiro teve de colocar entre a arcada superior e a inferior um sistema capaz de gerar uma diferença de potencial elétrico estática entre elas, o que significa a
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Sobre o(a) autor(a):
Os textos e exemplos acima foram preparados pelo professor Marcelo Alves para o Blog do Enem. Marcelo cursou licenciatura em física pela Universidade Federal de Santa Catarina. Leciona Física em escolas da Grande Florianópolis desde 2015. Facebook: https://www.facebook.com/luizlma