---- i/" \ '~ ('-~~) -- NÃO FAÇA SÓ DESENHOS, ELETROSTÁTICA: EXPERIMENTOS

Transcrição

1 ELETROSTÁTICA: NÃO FAÇA SÓ DESENHOS, ('-~~) -- EXPERIMENTOS Norberto Cardoso Ferreira Instituto de Física USP II "! i" \ '~ - ~' 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 um tratamento desse tópico através de diagramas que mostram o comportamento de objetos carregados eletricamente, quando postos em contato ou próximos uns dos outros. Algumas vezes, realiza-se o experimento de atritar um pente ou um bastão isolante e colocá-io na presença de pequenos pedaços de papel, para se observar a interação. Uma vez feito isso com sucesso, passase para uma aula de esquemas explicativos. Caso o experimento fracasse, a culpa é posta na umidade do ar e o processo segue da mesma maneira. 5

2 r--- A série de atividades que vamos descrever tem tido bastante sucesso, não só para o aclaramento dos conceitos iniciais da Eletrostática como também para estudo mais aprofundado de alguns outros conceitos, como o de campo eletrostático. Neste artigo, por limitação de espaço, não apresentamos sugestões para a discussão dos experimentos. Apenas descrevemos a construção de dois dispositivos: um pêndulo elétrico e uma placa condutora, indicando como podem ser usados. Deixamos ao professor as tarefas de: planejar o conjunto das aulas de Eletrostática, decidir onde serão inseridos os experimentos e como serão eles discutidos e explorados. Entretanto, a seqüência apresentada a seguir pode ser usada, tal qual, como introdução ao estudo da eletrostática, acompanhada, apenas, pela discussão livre entre os alunos. Nesse caso, será aconselhável refazer os experimentos à medida em que novos conceitos vão sendo introduzidos. Nessa ocasião, a discussão não será mais livre e sim, dirigida pelo professor. Tendo em vista que o material a ser usado é extremamente barato, os experimentos podem ser realizados em pequenos grupos ou até individualmente. papel higiênico Fig.1 canudo. de refresco MATERIAL 'NECESSÁRIO:. 2 canudos de refresco de plástico, de preferência dos 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 Atividade 1 O PÊNDULO ELETROSTÁTICO (a) Construindo o pêndulo. Coloque o pedaço de arame dentro do canudo de refresco 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 parte mais larga. Passe cola na borda e cole um fio de meia (Fig. 2). Use apenas. um fio. UMA "MÁGICA" COMO MOTIVAÇÃO o professor pega um canudo de refresco (de plástico) e atrita-o fortemente com um pedaço de papel higiênico. Paraobter bons resultados, convém fazer o seguinte:. Segurar firmemente o canudo com o papel.. Puxar o canudo.. Repetiro processo várias vezes. Em seguida, o professor encosta o canudo (de lad~) no quadro negro ou na porta e ele fica grudado. Os alunos são convidados a discutir o fenômeno. Depois de certo tempo de discussão livre, o professor sugere que realizemas atividades apresentadasa seguir, pois, asssim, terão outros elementos para discussão. Recomenda-se,para o bom êxito dos experimentos, que eles sejam realizados em lugar protegido do vento. papel alumínio Fig.2. Corte o fio excedente (Fig. 3). " cortaraqui ~Fig.3 6

3 . Usando a massa de modelar como base, monte o pêndulo eletrostático (Fig. 4). o canudo. Para isso, segure-o fortemente com o papel higiênico e puxe-o rapidamente. arame dobrado canudo de refresco (c) Descarregando o pêndulo O canudo utilizado nos itens anteriores permanece carregado durante muito tempo, desde que não encostemos a mão na região atritada. Se o aproximarmos do pêndulo, haverá, novamente, repulsão. Podemos tentar várias vezes e continuará havendo repulsão. Para que o experimento possa ser realizado de novo desde o início, é necessário descarregar o canudo e o pêndulo. Para isto, basta passar o dedo no pêndulo e na parte do canudo que foi atritada. (b) Carregando Fig.4 o pêndulo massa de modelar. Carregue o canudo da maneira já descrita.. Aproxime o canudo do pêndulo. Observe que o pêndulo: (Fig. 5). - é atraído pelo canudo (Fig. 6), bate no mesmo e,... - é repelido pelo canudo (Fig. 7). Caso o canudo não tenha sido atritado suficientemente, a quantidade de carga que aparece não basta para que a seqüência descrita se processe. Nesse caso, repita o experimento, tentando antes carregar mais (d) Resumo e interpretação do que foi observado (1) Inicialmente o canudo está neutro. (2) Quando atritado com o papel, o canudo fica carregado eletricamente. (3) Suporemos que essa carga é positiva. (4) O canudo é aproximado do pêndulo. (5) As cargas dentro do pêndulo se separam. Como as cargas negativas do pêndulo estão mais perto do canudo, a força de atração é mais forte que a de repulsão existente entre as negativas do pêndulo e as positivas do canudo: o pêndulo é então atraido. (6) o pêndulo toca o canudo e cargas negativas passam para o canudo. (7) Podem ocorrer duas situações: (a) Todas as cargas negativas que haviam se separado, no pêndulo, passam para o canudo; nesse caso, o canudo e o pêndulo ficam somente com cargas positivas e se repelem; (b) Algumas cargas negativas do pêndulo passam para o canudo; nesse caso, predomina a repulsão entre as cargas positivas, apesar de haver ainda alguma atração. (8) Quando passamos o dedo sobre o canudo, cargas negativas passam, do nosso dedo, para o canudo, neutralizando as positivas. d- Fig.5 Fig.6 Fig. 7 7

4 1 2 ~.. D 4 5 D 6 7 Fig.8 8 Atividade 2 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 forma de um retângulo com aproximadamente 11 por 8 centímetros.. Prenda a esse retângulo (pelo lado da cartolina) um pedaço de canudo de refresco de 15 em de comprimento.. Espete a extremidade livre do canudo num pedaço de mqssa de modelar, que servirá como suporte (Fig. 9). 8 Fig.9 Fig.10

5 ... (b) Carregando a placa metálica Carregue o pêndulo como foi feito na Atividade 1.. Certifique-sede que o pêndulo está carregado (o canudo 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 canudo para a placa.. Segure a placa pela base, tomando cuidado para não tocá-ia (caso contrário, ela se descarregará).. Verifiquese a placa está carregada aproximando-a do pêndulo; se este for repelido, a placa está carregada. (c) Resumo e interpretação do que foi observado A placa repele o pêndulo porque ambos foram postos em contato com o canudo e, portanto, adquiriram o mesmo tipo de carga. Atividade 3 OBSERVANDO A INDUÇÃO ElETROSTÁTICA Agora, você vai carregar a placa metálica por um outro 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 aconteça, descarregue os dois tocando-os com o dedo.. Recarregue o canudo e o pêndulo; aproxime o canu- do de uma extremidade da placa e o pêndulo da outra extremidade; observe que o pêndulo é repelido.. Afaste o canudo e o pêndulo. Torne a aproximá-ios da placa (um de cada lado) e observe novamente a repulsão 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 atraído pela placa e, muitas vezes, toca na mesma. Resumo e interpretação dos fatos observados (1) Admitamos que o canudo e o pêndulo estejam carregados positivamente; quando o pêndulo é aproximado da placa, a interação é muito fraca e vemos o pêndulo praticamente na posição vertical. (2) Quando o canudo é aproximado da outra extremidade da placa, as cargas dentro da placa se separam; as negativas vão na direção do canudo, deixando a outra extremidade da placa positiva. (3) O pêndulo é repelido pelas cargas positivas da placa. (4) Quando o dedo encosta na placa, cargas negativas do dedo são atraídas pelas positivas da placa, neutralizando-as; com menos íntensidade, podem ser atraídas também pelas positivas do canudo. (5) Ao retirarmos o dedo, as cargas negativas que ficaram em excesso na placa ficam acumuladas na extremidade próxima ao canudo. (6) Ao afastarmos o canudo, as cargas negativasespalham-se, tornando a placa toda negativa; a placa então, atrai o pêndulo. J d : _,.) I 3 Jm 8 -- e e JD - - : Fig. 11 9