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1.1 Introdução – Eletromagnetismo como uma teoria de forças
A disciplina Física III é uma introdução ao eletromagnetismo, que compreende os
fenômenos elétricos e magnéticos. As aplicações do eletromagnetismo são universalmente
presentes na vida moderna. É difícil imaginar qualquer atividade do homem moderno que
não envolva alguma utilização da eletricidade, seja para a simples geração de luz, geração
de baixas temperaturas para poder desfrutar uma cerveja gelada, seja nas inúmeras
atividades que envolvem informação, como aqueles relacionadas à televisão, telefonia,
computação eletrônica etc. Seria desejável que qualquer cidadão da vida moderna tivesse
algumas noções básicas do eletromagnetismo. Uma das principais características que
diferencia o ser humano dos demais primatas é sua habilidade de compreender, pelo menos
parcialmente, as suas condições de vida de forma consciente. O macaco vive muito bem na
floresta e cumpre suas tarefas de vida eficientemente, mas ele não tem a mínima ideia das
condições necessárias que permitem o crescimento das bananas que ele come. Grande parte
da sociedade moderna voltou ao estado de macaco, navega eficientemente na internet e
toma a cerveja gelada sem ter a mínima noção dos fenômenos físicos que estão por trás
destas maravilhas técnicas que ele utiliza. Se é desejável que o homem comum tenha
noções básicas do eletromagnetismo, imaginem então um engenheiro ou um cientista! Estes
devem dominar este assunto com elevado grau de perfeição!
O eletromagnetismo não é apenas a base de um vasto mundo de aplicações técnicas, mas
ele é também umas das bases do funcionamento da própria vida. Toda ligação química é
mantida por forças elétricas. Então químicos e biólogos deveriam saber algo do
eletromagnetismo, mesmo que a atividade de um biólogo raras vezes dependa diretamente
deste conhecimento.
No estudo do eletromagnetismo conheceremos passo a passo uma estrutura de estranha e
elevada beleza e, surpreendentemente, certos elementos desta estrutura parecem ser
universais; se aplicam também a outras forças básicas da natureza, como a força fraca
(responsável pelo decaimento beta) e a força forte que mantém os núcleos dos átomos
juntos. O descobrimento das leis do eletromagnetismo foi uma das maiores conquistas da
humanidade e ela provavelmente é a chave de entrada para outras descobertas a respeito da
natureza do nosso Universo. O estudante que faz um curso de Física III pode se considerar
uma pessoa privilegiada por ter a oportunidade de conhecer esta área do conhecimento
humano. Em contrapartida, esperamos dos estudantes um comportamento sério de estudo.
O aluno que começa a decorar algumas soluções de exercício uma semana antes da prova
não terá a mínima chance de ser aprovado nesta disciplina!
O eletromagnetismo é uma teoria de forças. Para poder apreciar o que isto significa, vamos
nos deter um pouco no conceito de força. Este conceito é introduzido com a segunda lei de
Newton; força é massa vezes aceleração;
F ma
=
. No entanto esta lei não é de fácil
compreensão. Da forma como a frase anterior formulou esta lei, parece se tratar de uma
