NÃO FAÇA SÓ DESENHOS, ('- ~) EXPERIMENTOS · atritado com o papel, o canudo fica carregado...
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ELETROSTÁTICA:
('-~~)--NÃO FAÇA SÓ DESENHOS,
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EXPERIMENTOS
Norberto Cardoso Ferreira
Instituto de Física
USP
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------ ~' Muitos professores não abordam a Eletrostática através de ativi-: dades práticas, pOis encontram dificuldade na realização de expe-. rimentos que sejam, ao mesmo tempo, pouco dispendiosos e con-
, vincentes para seus alunos. O que se vê, em muitas escolas, é umtratamento desse tópico através de diagramas que mostram ocomportamento de objetos carregados eletricamente, quandopostos em contato ou próximos uns dos outros. Algumas vezes,realiza-se o experimento de atritar um pente ou um bastão isolan-te e colocá-Io na presença de pequenos pedaços de papel, parase observar a interação. Uma vez feito isso com sucesso, passa-se para uma aula de esquemas explicativos. Caso o experimentofracasse, a culpa é posta na umidade do ar e o processo segue damesma maneira.
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A série de atividades que vamos descrever tem ti-do bastante sucesso, não só para o aclaramento dosconceitos iniciais da Eletrostática como também paraestudo mais aprofundado de alguns outros conceitos,como o de campo eletrostático.
Neste artigo, por limitação de espaço, não apre-sentamos sugestões para a discussão dos experimen-tos. Apenas descrevemos a construção de dois disposi-tivos: um pêndulo elétrico e uma placa condutora, indi-cando como podem ser usados.
Deixamos ao professor as tarefas de: planejar oconjunto das aulas de Eletrostática, decidir onde serãoinseridos os experimentos e como serão eles discutidose explorados.
Entretanto, a seqüência apresentada a seguir podeser usada, tal qual, como introdução ao estudo da ele-trostática, acompanhada, apenas, pela discussão livreentre os alunos.
Nesse caso, será aconselhável refazer os experi-mentos à medida em que novos conceitos vão sendointroduzidos. Nessa ocasião, a discussão não será maislivre e sim, dirigida pelo professor.
Tendo em vista que o material a ser usado é extre-mamente barato, os experimentos podem ser realiza-dos em pequenos grupos ou até individualmente.
MATERIAL 'NECESSÁRIO:
. 2 canudos de refresco de plástico, de preferênciados mais grossos
. 8 cm de arame fino
. 50 cm de papel higiênico
. 20 cm de fio de meia de nylon
. 1 pedaço de 20 cm x 20 cm de cartolina
. 1 rolo de massa de modelar
. cola, tesoura, durex
UMA "MÁGICA" COMO MOTIVAÇÃO
o professor pega um canudo de refresco (de plás-tico) e atrita-o fortemente com um pedaço de papel hi-giênico. Paraobter bons resultados,convém fazer o se-guinte:. Segurar firmementeo canudo com o papel.. Puxaro canudo.. Repetiro processo várias vezes.
Em seguida, o professor encosta o canudo (de la-d~) no quadro negro ou na porta e ele fica grudado. Osalunos são convidados a discutir o fenômeno. Depoisde certo tempo de discussão livre, o professor sugereque realizemas atividades apresentadasa seguir, pois,asssim, terão outros elementos para discussão.
Recomenda-se,para o bom êxito dos experimen-tos, que eles sejam realizados em lugar protegido dovento.
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canudo. de refresco
papelhigiênico
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Fig.1
Atividade 1
O PÊNDULO ELETROSTÁTICO
(a) Construindo o pêndulo. Coloque o pedaço de arame dentro do canudo de re-
fresco e dobre-o, formando um L.. Corte um pedaço de papel-alumínio com a forma de
uma gota, com cerca de 1 cm de largura na sua partemais larga. Passe cola na borda e cole um fio demeia (Fig. 2). Use apenas. um fio.
papelalumínio
Fig.2
. Corte o fio excedente (Fig. 3).
"/ cortaraqui
~Fig.3
//d-
. Usando a massa de modelar como base, monte opêndulo eletrostático (Fig. 4).
aramedobrado
canudo derefresco
massa demodelar
Fig.4
(b) Carregando o pêndulo. Carregue o canudo da maneira já descrita.. Aproxime o canudo do pêndulo (Fig. 5).
. Observe que o pêndulo:- é atraído pelo canudo (Fig. 6), bate no mesmo e, ...- é repelido pelo canudo (Fig. 7).
Caso o canudo não tenha sido atritado suficiente-
mente, a quantidade de carga que aparece não bastapara que a seqüência descrita se processe. Nesse ca-so, repita o experimento, tentando antes carregar mais
/Fig.5
o canudo. Para isso, segure-o fortemente com o papelhigiênico e puxe-o rapidamente.
(c) Descarregando o pênduloO canudo utilizado nos itens anteriores permanece
carregado durante muito tempo, desde que não encos-temos a mão na região atritada. Se o aproximarmos dopêndulo, haverá, novamente, repulsão. Podemos tentarvárias vezes e continuará havendo repulsão.
Para que o experimento possa ser realizado de no-vo desde o início, é necessário descarregar o canudo eo pêndulo. Para isto, basta passar o dedo no pêndulo ena parte do canudo que foi atritada.
(d) Resumo e interpretação do que foi observado(1) Inicialmente o canudo está neutro. (2) Quando
atritado com o papel, o canudo fica carregado eletrica-mente. (3) Suporemos que essa carga é positiva. (4) Ocanudo é aproximado do pêndulo. (5) As cargas dentrodo pêndulo se separam. Como as cargas negativas dopêndulo estão mais perto do canudo, a força de atraçãoé mais forte que a de repulsão existente entre as negati-vas do pêndulo e as positivas do canudo: o pêndulo éentão atraido. (6) o pêndulo toca o canudo e cargas ne-gativas passam para o canudo. (7) Podem ocorrer duassituações: (a) Todas as cargas negativas que haviam seseparado, no pêndulo, passam para o canudo; nessecaso, o canudo e o pêndulo ficam somente com cargaspositivas e se repelem; (b) Algumas cargas negativasdo pêndulo passam para o canudo; nesse caso, predo-mina a repulsão entre as cargas positivas, apesar de ha-ver ainda alguma atração. (8) Quando passamos o dedosobre o canudo, cargas negativas passam, do nossodedo, para o canudo, neutralizando as positivas.
/Fig.6 Fig. 7
7
1
..
++++
4
6
Atividade 2
2
D
5
7
++++D
Fig.8
CARREGANDO UM CORPO POR CONTATO
(a) Improvisando uma placa metálica. Cole o pedaço de papel-alumíniosobre o pedaço de
cartolina.. Recorte a cartolina coberta com alumínio na formade um retângulo com aproximadamente 11 por 8centímetros.
. Prenda a esse retângulo (pelo lado da cartolina) umpedaço de canudo de refresco de 15 em decomprimento.. Espete a extremidade livre do canudo num pedaçode mqssa de modelar, que servirá como suporte(Fig. 9).
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Fig.9
~
+++++
.~
8
Fig.10
...
(b) Carregando a placa metálica. Carregue o pêndulo como foi feito na Atividade 1.. Certifique-sede que o pêndulo está carregado (o ca-
nudo deve repelir o pêndulo).. Carregue mais uma vez o canudo.. Passe várias vezes o canudo, na borda da placa
metálica (Fig. 10), para transferir carga do canudopara a placa.
. Segure a placa pela base, tomando cuidado para nãotocá-Ia (caso contrário, ela se descarregará).
. Verifiquese a placa está carregada aproximando-ado pêndulo; se este for repelido, a placa está carre-gada.
(c) Resumo e interpretação do que foi observadoA placa repele o pêndulo porque ambos foram
postos em contato com o canudo e, portanto, adquiri-ram o mesmo tipo de carga.
Atividade 3
OBSERVANDO A INDUÇÃO ElETROSTÁTICA
Agora, você vai carregar a placa metálica por umoutro processo que se chama "indução eletrost$.tica":. Carregue o canudo atritando-o com o papel.. Carregue o pêndulo como na Atividade 1.. Aproxime do pêndulo um dos lados da placa
descarregada. Observe se há atração ou repulsão.Não deixe o pêndulotocar a placa. Caso isso aconte-ça, descarregue os dois tocando-os com o dedo.
. Recarregue o canudo e o pêndulo; aproxime o canu-
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do de uma extremidade da placa e o pêndulo da ou-tra extremidade; observe que o pêndulo é repelido.. Afaste o canudo e o pêndulo. Torne a aproximá-Iosda placa (um de cada lado) e observe novamente arepulsão do pêndulo.. Sem afastar o canudo, toque o dedo na placa.
. Observe que o pêndulo volta à posição vertical.
. Afaste, agora, o canudo. Veja que o pêndulo é atraí-do pela placa e, muitas vezes, toca na mesma.
Resumo e interpretação dos fatos observados(1) Admitamos que o canudo e o pêndulo estejam car-
regados positivamente; quando o pêndulo é aproxi-mado da placa, a interação é muito fraca e vemos opêndulo praticamente na posição vertical.
(2) Quando o canudo é aproximado da outra extremida-de da placa, as cargas dentro da placa se separam;as negativas vão na direção do canudo, deixando aoutra extremidade da placa positiva.
(3) O pêndulo é repelido pelas cargas positivas da pla-ca.
(4) Quando o dedo encosta na placa, cargas negativasdo dedo são atraídas pelas positivas da placa, neu-tralizando-as; com menos íntensidade, podem seratraídas também pelas positivas do canudo.
(5) Ao retirarmos o dedo, as cargas negativasque fica-ram em excesso na placa ficam acumuladasna ex-tremidade próxima ao canudo.
(6) Ao afastarmos o canudo, as cargas negativasespa-lham-se,tornando a placa toda negativa; a placa en-tão, atrai o pêndulo.
++++
++++++
d ++++
:1++++
Fig. 11
9
2 /_ ,.) I 3- -
Jm +
JD+
:+ + e+8 -- + +
+ +- - + + e+ ++ +