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.

6

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).

8

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-

J

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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+ ++ +