Calculadora da Lei de Coulomb
Calcula a força elétrica entre duas cargas pontuais: F = k·|q1·q2|/r². Suporta unidades em Coulomb, milicoulomb, microcoulomb e nanocoulomb.
Lei de Coulomb: F = k·q₁·q₂/r²
A lei de Coulomb descreve a força eletrostática entre duas cargas pontuais: F = k·q₁·q₂/r², com k = 8,99·10⁹ N·m²/C² no vácuo. A forma é matematicamente idêntica à gravitação universal de Newton (1/r²), mas a força elétrica é cerca de 10³⁹ vezes mais forte que a gravidade entre dois prótons. Cargas de mesmo sinal se repelem; cargas de sinais opostos se atraem. Para várias cargas, usa-se o princípio da superposição: a força resultante é a soma vetorial das forças par a par. O campo elétrico à distância r de uma carga Q é E = F/q = k·Q/r² (N/C), e o potencial elétrico é V = k·Q/r (volts). Exemplo: dois prótons (q = 1,6·10⁻¹⁹ C) separados por 1 nm sofrem F ≈ 2,3·10⁻¹⁰ N — minúsculo em valor absoluto, mas enorme na escala atômica.
Aplicações
Química (ligações iônicas no NaCl, eletronegatividade), eletrostática do dia a dia (choque ao tirar agasalho, filme plástico que gruda), capacitores que armazenam carga entre placas, semicondutores (transistores, diodos — física de bandas em junções p-n) e a histórica balança de torção de Coulomb (1785), primeiro instrumento a medir a lei diretamente.
Perguntas frequentes
Por que a força fica negativa quando as cargas têm sinais opostos? Na fórmula escalar, o sinal do produto q₁·q₂ codifica o sentido: positivo significa repulsão, negativo significa atração. Na forma vetorial o sinal vem do vetor unitário que liga as cargas.
A lei funciona em qualquer meio? Não — k depende do meio. Na água, a constante dielétrica divide k por cerca de 80, motivo pelo qual sais iônicos se dissolvem bem em água, mas não em óleo.
Como Coulomb se compara à gravidade? Mesma forma 1/r², só que elétrica: 10³⁹ vezes mais forte entre dois prótons e podendo ser atrativa ou repulsiva. A gravidade é sempre atrativa — por isso domina em escala astronômica (planetas são eletricamente neutros, em média).
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Fator de Equivalência de Carga por Eixo
Calcula quantas passagens do eixo padrão equivalem a uma passagem do eixo real, pela lei da potência do dimensionamento de pavimento: fator = (carga do eixo ÷ carga do eixo padrão) elevado ao expoente de dano. É esse fator que converte a contagem de tráfego em número N de solicitações do eixo padrão, que no Brasil é o eixo simples de rodas duplas de 8,2 tf, ou 80 kN. O expoente amplifica a sobrecarga de forma brutal: um eixo 20% mais pesado que o padrão não consome 20% a mais do pavimento, e sim 2,07 vezes, o que explica por que um único caminhão fora do limite legal pesa mais na vida da via do que milhares de automóveis, cujo fator é praticamente zero. O expoente ficou como entrada em vez de fixo em 4, o valor da AASHTO consagrado como lei da quarta potência, porque pavimento rígido e modelos de trincamento por fadiga trabalham com expoentes entre 3 e 5, e o resultado muda de patamar conforme a escolha. Informe a carga do eixo, a carga do eixo padrão e o expoente de dano.
Força Residual de Aperto nos Membros
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Fator de Perdas de Buller-Woodrow
Estima o fator de perdas de um alimentador de distribuição a partir do fator de carga, pela relação empírica de Buller e Woodrow: fator de perdas = k × fator de carga + (1 − k) × fator de carga ao quadrado. O fator de perdas é a razão entre a perda média e a perda de pico no período, e é ele que converte a perda instantânea medida no horário de ponta em energia perdida ao longo do mês, sem precisar de curva de carga registrada. Como a perda por efeito Joule varia com o quadrado da corrente, o fator de perdas fica sempre abaixo do fator de carga, e quanto menor o fator de carga menor a razão entre os dois: com fator de carga 0,20 o fator de perdas não chega à metade dele, enquanto com 0,80 fica em torno de 86% do valor. Foi adotado o coeficiente k como entrada em vez de fixo em 0,30, que é o valor clássico de Buller e Woodrow para redes de distribuição, porque as concessionárias recalibram k entre 0,15 e 0,50 conforme o perfil de carga do alimentador. Informe o fator de carga do período e o coeficiente k.
Carga Dinâmica de Engrenagem
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