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FICHA TÉCNICA

Universidade de São Paulo

Instituto de Física de São Carlos

Autores:

Luiz Antônio de Oliveira Nunes

Alessandra Riposati Arantes

Colaboradores Acadêmicos:

Tito J. Bonagamba

Gláucia G.G.Costa

Apoio Técnico:

Josimar Luiz Sartori

Editoração:

Renata Siqueira

Este trabalho foi desenvolvido no programa de mestrado do Instituto de Física de São Carlos pela Alessandra Riposati Arantes com a orientação do professor Luiz Antônio de Oliveira Nunes.

• Olhem que legal! Com esse canudo é possível atrair os pedacinhos de papel sem tocá-los – falou Tales – mas o que está causando isso? C o m o n i n g u é m c o n s e g u i a responder, Marcelo sugeriu enviar um e-mail para o site do professor LUIZ ANTÔNIO. Ali as pessoas deixavam suas dúvidas, via e- mail, e ele próprio, respondia a todas as perguntas. No dia seguinte, os quatro amigos reuniram-se na casa de Marcelo para escrever para o Luiz Antônio. Primeiramente eles relataram a experiência e depois perguntaram que força era aquela que agia à distância, atraindo os papéis. Depois de algum tempo, naquele mesmo dia, os garotos foram ver se haviam recebido a resposta, e ali, na tela do computador, estava ela: não uma simples resposta, mas sim uma proposta feita pelo professor, a fim de deixar o interesse dos meninos mais aguçado. Ele propunha:

1

• Pique pedaços bem pequenos de papel comum (de jornal, por exemplo). Em seguida a t r i t e f o r t e m e n t e u m canudo com um pedaço de papel higiênico.

2

Aproxime o c a n u d o ( s e m encostá-lo) dos pedacinhos de papel e o b s e r v e o q u e acontece com eles.

Quatro adolescentes estavam conversando em uma lanchonete. Pedro, de 16 anos, um garoto curioso que cursa a 2 série^ a do ensino médio; Patrícia, de 15 anos, adora ler e cursa a 1 série do^ a ensino médio; Marcelo, de 15 anos, um adolescente que tem fascínio por computador, está na mesma sala de aula de Patrícia; e Tales, irmão de Marcelo, um menino de 12 anos, que cursa a 6 série do^ a ensino fundamental. No meio da conversa, Tales contou que na noite anterior estava navegando na Internet e encontrou a história de um filósofo chamado Tales de Mileto. Devido à semelhança com seu nome, ele acabou se interessando pelo site. A história relatava um episódio que havia ocorrido em 600 a.C, quando Tales de Mileto, esfregando um pedaço de âmbar (”resina petrificada”, originária de árvores diversas), percebeu que ele atraía objetos leves como cabelos soltos, penas, etc., mas ninguém na época entendia por que isso acontecia. Intrigados com aquela história, discutiram sobre o assunto por um longo tempo. Para finalizar a discussão, Pedro sugeriu que fizessem a experiência discutida no site (Atividade 01).

Essa questão s e r á compreendida c o m a atividade que estou enviando. Caso vocês não consigam explicar o fenômeno escrevam-me.

Pág.

FORÇA DE ATRAÇÃO

Você vai precisar de: 1 canudo de plástico usado para tomar refresco, papel picado e papel higiênico

ATIVIDADE 01

Olhar pag.

- E mais – ressaltou Patrícia – o canudo é atraído pelo papel higiênico que nós utilizamos para atritá-los.

• Agora eu estou com mais dúvidas – disse Pedro. – Afinal, que força é essa que age à distância que ora repele e ora atrai os objetos? Patrícia, à busca de uma explicação para as observações, foi à biblioteca pesquisar mais sobre o grande filósofo. Além de saber mais sobre o famoso matemático , acabou descobrindo muito sobre a eletricidade. Ao encontrar-se com Marcelo, Pedro e Tales, ela relatou suas descobertas. - Tales de Mileto (546 - 624 a.C.) morreu sem entender o que fazia o âmbar atrair objetos leves e esse mistério permaneceu por cerca de 2000 anos. Em meados de 1570, William Gilbert (1544 - 1603) observou que vários materiais, como vidro e pele de animal, entre outros, possuíam a mesma propriedade do âmbar. Como em grego âmbar significa elektron, Gilbert denominou os materiais que se comportavam como o âmbar de elétricos, surgindo, assim, expressões como eletricidade. E Patrícia prosseguiu: _- Mais tarde, Charles François Dufay (1602 - 1686) descobriu que, enquanto alguns objetos atraíam-se, outros se repeliam quando friccionados, como aconteceu com os dois canudos que foram atritados com papel higiênico. Por muito tempo essas observações não passaram de truques de festas. Essa situação modificou-se bastante com o trabalho do inventor Benjamin Franklin (1706 - 1790), o qual acreditava que a eletricidade era um fluido muito leve, que faltava ou estaria em excesso nos corpos eletrizados. Ele sugeriu chamar o que ele julgou ser um excesso de fluido elétrico, de eletricidade positiva e a falta, de eletricidade negativa. Enunciou também a lei, agora conhecida como "conservação da carga elétrica", ou seja: a soma total das cargas elétricas dentro de uma região é constante. Essa teoria, embora hoje ultrapassada, estava bem próxima do que se comprovou mais tarde, com a descoberta do átomo.
• Átomo??? Pat você está falando grego... Explique-se –_ disse Tales. - Átomo é a menor porção da matéria que caracteriza um elemento químico. Uma das maiores contribuições sobre sua constituição

Bastante entusiasmados, os jovens fizeram o que foi sugerido.

FORÇA DE REPULSÃO

ATIVIDADE

Você vai precisar de: 2 canudos de plástico, linha e papel higiênico.

Suspenda-os de modo que estejam próximos. Observe que eles se afastam.

Esfregue os canudos, um a um, com papel higiênico.

E m c a d a e x t r e m i d a d e d a linha, amarre um canudo.

Aproxime dos canu- dos o pedaço de papel higiênico que você utilizou para esfregá-los.Veja o que acontece.

Pág.

Olhar pag.

• No que já li sobre o assunto, os autores ressaltam que não há criação nem destruição de cargas elétricas – lembrou Patrícia, após ler o e-mail. – Como alguns elétrons podem se deslocar com certa facilidade (porque a força que os une aos protons não e tão forte) na eletrização do canudo, ocorreu apenas uma transferência de elétrons do papel para o canudo, permanecendo inalterada a soma das cargas elétricas do conjunto (canudo e papel). Como Benjamin Franklin já tinha dito há muitos e muitos anos atrás. - Patrícia! Será que agora eu posso falar? – perguntou Tales irritado_. – Olhem que interessante, depois de algum tempo os pedacinhos de papel caem do canudo, vocês sabem explicar por que eles não continuam presos?_

negativamente dos pedacinhos de papel, ele provocou uma separação de cargas, isto é, repeliu no papel as cargas negativas para a extremidade oposta e os átomos da extremidade próxima passaram a apresentar um excesso de cargas positivas, como mostra a figura abaixo.

Tales ficou espantado quando viu o canudo grudado na parede. Então, Pedro pediu que ele colocasse na parede um outro canudo que ainda não tivesse sido atritado com papel higiênico. Como resultado, observaram que o segundo canudo não aderia na parede. Antes de qualquer comentário, Pedro questionou o porquê daquilo, mas Tales não soube lhe responder. Ele insistiu para que o amigo tentasse pelo menos um palpite e sugeriu que começasse esquematizando o problema. E imediatamente ele pegou um papel e um lápis, lembrando da explicação do Luiz Antônio sobre a atração dos pedacinhos de papel pelo canudo eletrizado.

CORPO ELETRIZADO ATRAI CORPO NEUTRO?

Você vai precisar de: 1 canudo de plástico e papel higiênico.

1

Atrite o canudo com um pedaço de papel h i g i ê n i c o. E m s e g u i d a , j o g u e - o n a parede. O que acontece?

ATIVIDADE 03

Pág.

Note que houve apenas uma separação de cargas no papel, sendo assim ele ainda continua neutro. Como as cargas positivas do papel estão mais próximas do canudo, a força de atração deste sobre elas será maior que a força de repulsão sobre as cargas negativas mais afastadas. Por isso, os pedacinhos de papel grudaram no canudo. Vale lembrar que, vários estudiosos do assunto durante muitos séculos fizeram vários experimentos com diferentes materiais e foram pouco a pouco propondo explicações, verificando que elas não explicavam todas as observações, outros pesquisadores propunham novas idéias, até chegar às conclusões que descrevi, que são aquelas hoje aceitas até hoje.

- Os papéis soltaram porque houve passagem de cargas negativas do canudo para os pedacinhos de papel, assim ambos ficaram com cargas negativas. Como cargas iguais se repelem os pedacinhos de papel saltaram do canudo – respondeu Pedro, com um livro na mão, onde encontrou a explicação para dúvida de Tales. - Legal! – exclamou Tales. – Você está aprendendo tudo direitinho!!!! Tales, brincando com um canudo eletrizado, encostou-o na parede (Atividade 03).

Pág.

Você vai precisar de: 2 canudos de plástico sanfonados, linha, folha de alumínio, papel higiênico, isopor, fita adesiva e tesoura.

DETECTOR DE CARGAS

‘’PÊNDULO ELETROSTÁTICO’’

2

Agora encoste o canudo atritado no disco de alumínio. Qual será então, o sentido do movimento do disco? Tentem explicar o ocorrido.

Mais uma vez os garotos foram executar a tarefa proposta no site. Reuniram-se na casa do Marcelo para montar o pêndulo e o local passou a ser o ponto de encontro deles, pela comodidade de ter um quarto desocupado no fundo da casa.

• Que barato! O canudo atrai o disco. Olhem! Agora o disco está fugindo do canudo. Vocês sabem me explicar o que está ocorrendo? – gritou Tales. Pedro, muito cauteloso, pediu a Tales que aproximasse um canudo neutro (que não tivesse sido atritado) do disco e só depois diria alguma coisa.
• Muito bem! – disse Pedro. – Procurei ler um pouco sobre esse assunto em um livro de física e, descobri que seria impossível aprender tudo sozinho. Mas, por sorte, eu encontrei a explicação para esse fenômeno. Pedro fez um esquema.

1

Dobre o canudo de modo que ele forme um L e fixe-o no isopor. Amarre um fio com 20 cm de comprimento na extremidade do canudo e, em seguida, fixe um pequeno disco de alumínio na ponta do fio. Atrite um canudo com papel higiênico e aproxime-o do disco de alumínio, mas sem tocá-lo. Observe o movimento do disco.

ATIVIDADE 04

Olhar pag.

• Quando aproximamos o canudo eletrizado negativamente do disco de alumínio, as cargas se separam na superfície do disco, tal como no caso da parede. O canudo eletrizado negativamente repele as cargas negativas existentes no disco, criando assim uma região com cargas positivas próxima ao canudo e uma região oposta com cargas negativas.

Essa questão será esclarecida com a construção de um aparelho chamado p ê n d u l o e l e t r o s t á t i c o o u eletroscópio simples (Atividade 04).

• Ah! Com um desenho semelhante do Luiz Antônio, estou conseguindo entender o que está acontecendo – disse Tales. – O canudo eletrizado negativamente repeliu as cargas negativas na superfície da parede, fazendo com que alguns átomos, nela, próximos ao canudo ficassem com excesso de cargas positivas. Assim, a força de atração será maior do que a força de repulsão e, por isso, o canudo aderiu na parede.
• Viu como basta apenas um pouco de persistência para entender aquilo que não compreendemos à primeira vista??? – falou Pedro.
• Eh, mas você é "metido"!!! – brincou Patrícia.
• Mas agora quem tem uma dúvida sou eu – disse Pedro. – Como se faz para saber que o corpo possui cargas elétricas? Ninguém soube responder e então procuraram o Luiz Antônio para perguntar.

de carga do canudo para a esfera e dela para as tiras de alumínio. Marcelo então complementa:

• Quando me explicaram na feira de ciências eu não tinha entendido, mas agora com tudo que já aprendemos posso compreender o que me falaram. Pedro, muito curioso e interessado, perguntou a Marcelo:
• Mas depois que o eletroscópio estiver eletrizado, o que eu faço para as tiras se juntarem novamente?
• É simples, basta encostar a mão na esfera.
• Marcelo você poderia explicar melhor? – pediu Patrícia.
• Claro! Quando vocês encostam a mão na esfera eletrizada, os elétrons em excesso, escoam pelo seu corpo até a Terra, assim a esfera fica neutra.
• ATerra ficará eletrizada? – estranhou Tales.
• Não – respondeu Marcelo. – Como o planeta Terra possui uma enorme superfície, o efeito das mesmas torna-se imperceptível, pois o excesso de cargas vai se espalhar por toda a superfície da Terra.
• Ah! Agora eu vou te pegar – disse Pedro, desafiando Marcelo. – Como eu neutralizaria o eletroscópio se ele estivesse eletrizado positivamente?
• Da mesma forma, encostando a mão na esfera mas, nesse caso, os elétrons livres da Terra passariam através do seu corpo até a esfera, neutralizando-a – respondeu Marcelo, todo confiante.
• Marcelo, com esse eletroscópio podemos determinar o sinal da carga de um objeto eletrizado? – perguntou Patrícia.
• Podemos sim – explicou ele. Como exemplo, vamos eletrizar um canudo de plástico com papel higiênico, afinal já sabemos que o canudo fica eletrizado negativamente. Em seguida encostaremos o canudo na esfera encapada com alumínio. Assim estaremos eletrizando negativamente o eletroscópio, por contato. Faremos dois testes: primeiro aproximaremos um canudo do eletroscópio eletrizado com excesso de cargas negativas na esfera do aparelho.

É interessante notar que, ao afastar o canudo eletrizado do eletroscópio, as tiras juntam-se novamente, porque as cargas se redistribuem voltando às posições anteriores à aproximação do canudo. Entendeu? Após a pergunta o garoto continuou sem esperar a resposta dos colegas:

• Já quando encostamos o canudo eletrizado negativamente na esfera, cargas negativas do canudo são transferidas para ela. Com isso, tanto a esfera quanto as tiras ficam com excesso de cargas negativas e, conseqüentemente, as tiras se separarão. Observe que afastando o canudo, as tiras continuam separadas porque eletrizamos o eletroscópio por contato,isto é, houve transferência

No começo eles tiveram alguns problemas com a montagem do eletroscópio, pois o frasco estava úmido, consequentemente o ar no seu interior tornou-se condutor impedindo que as tiras de folhas de alumínio se afastassem, mas com persistência conseguiram fazê-lo funcionar. Perceberam que as tiras de papel de alumínio afastavam-se umas das outras, ao aproximar ou encostar o canudo eletrizado na esfera encapada com alumínio. Marcelo comentou que tinha visto aquele aparelho em uma feira de ciência na escola e foi logo explicando o funcionamento do eletroscópio.

• É simples! Quando aproximamos o canudo eletrizado negativamente à esfera, as cargas negativas da esfera são repelidas e acumulam-se nas tiras de alumínio. A esfera então apresenta excesso de cargas positivas e as tiras excesso de cargas negativas. Como as duas tiras ficam eletrizadas com cargas iguais, elas se repelem.

Pág.

Pág,

- As tiras ficaram mais próximas – falou Patrícia, após a demonstração de Marcelo. - Por que isso aconteceu? – perguntou Tales. - Veja bem! O bastão de vidro fica eletrizado positivamente e atrai mais cargas negativas para a esfera. Com isso as tiras ficaram c o m m e n o s c a r g a s n e g a t i v a s e , consequentemente a força de repulsão entre elas diminui e elas aproximam-se – respondeu Marcelo. - Eu tenho uma dúvida! – exclamou Pedro. – É possível um canudo plástico eletrizar- se positivamente?

• Isso eu não sei responder, vamos escrever para o Luiz Antônio e fazer essa pergunta – sugeriu Marcelo.

U m m e s m o o b j e t o poderá eletrizar-se por atrito positivamente ou n e g a t i v a m e n t e depedendo do material com o qual foi atritado. Por exemplo: o canudo de plástico quando atritado com o papel, fica eletrizado negativamente. Já o bastão de vidro quando atritado com o papel, fica eletrizado positivamente. Isso ocorre porque o papel cede elétrons para uns e retira elétrons de outros. Por volta de 1760, J.C. Wilcke observou que os materiais poderiam ser dispostos em uma seqüência em função de sua capacidade de ganhar ou perder elétrons, como está representado abaixo.

Vidro Mica Lã Madeira Papel Âmbar Plástico

Série Triboelétrica:

Percebem que as tiras se afastam ainda mais? – disse Marcelo fazendo uma demonstração. – As cargas negativas que estão na esfera tendem a ficar o mais distante possível do canudo, acumulando-se nas tiras. Recebendo mais cargas as tiras se afastam mais, pois a força de repulsão aumenta como procuraremos entender com outra experiência. Agora, vejamos o que acontece com as tiras do eletroscópio, quando aproximamos da esfera um bastão de vidro que foi eletrizado com papel higiênico.

Atritando esses materiais entre si, verifica-se que os materiais que estiverem mais acima na série, ficarão eletrizados positivamente (perderão elétrons para o outro), quando atritados com qualquer outro que o segue e, ficará eletrizado negativamente (recebe elétrons do outro) ao ser atritado com aqueles que os precedem. Tomemos como exemplo o papel: quando atritado com o canudo de plástico, fica eletrizado positivamente, ou seja, o papel doa elétrons para o canudo. O contrário acontece quando o papel é atritado com vidro, ele fica eletrizado negativamente, ou seja, rouba elétrons do vidro. Essa seqüência é chamada de triboelétrica.

• Oh! – exclamou Tales, encantado. – A tira permanece levantada, mesmo depois que eu afastei o canudo. Mas eu não entendi esse processo de eletrização! O que aconteceria se eu tirasse primeiro o canudo e depois o dedo?
• A forma mais simples de você descobrir é fazendo – comentou Pedro.
• É pra já – falou Tales com o canudo na mão. Tales logo descobriu que a tira não se levantava. - Vamos pensar! – disse Pedro, fazendo esquemas. – Quando aproximamos o canudo do pedaço de cartolina estamos criando duas regiões, uma região com cargas positivas, a face do quadrado próxima à do canudo, e a outra face oposta do quadrado com cargas negativas. A força elétrica do canudo eletrizado negativamente provoca essa separação de cargas. Como o papel de seda adquire a mesma carga (por contato) da face da cartolina na qual esta está em contato, ela é repelida.

Parabéns. As suas conclusões estão corretas. O caminho é justamente esse. Sempre que vocês tiverem uma situação nova que não saibam resolver, discutam o problema esquematizando-o. Agora eu gostaria que vocês, fazendo uma pesquisa bibliográfica, respondessem as seguintes perguntas: Quem é mais pesado o próton ou o elétron? Qual o valor da carga do elétron? Quem a mediu? Por que se diz que toda carga é quantizada?

Pag.

- Um desenho sempre ajuda a entender melhor o processo – comentou Pedro_.

• Temos que concordar, afinal você resolveu o problema sem precisar recorrer ao Luiz Antônio. Mas vamos recorrer ao site para verificar se sua explicação está correta –_ disse Marcelo. Todos concordaram.

A seguir, a face da cartolina que perdeu elétrons também fica eletrizada positivamente porque a há uma redistribuição de cargas. Vale lembrar que são os elétrons que se movem para que isto aconteça. Como cargas de mesma natureza se repelem, a tira se afasta da cartolina como mostra a figura.

Quando colocamos o dedo na parte da cartolina com excesso de elétrons, as cargas negativas se escoarão por ele, pois o canudo as repelirão para que fiquem bem longe. Nosso corpo se presta a isso levando as cargas negativas em excesso para o chão. Depois que afastamos o dedo, elas não poderão mais retornar à cartolina.

• É pessoal! – disse Marcelo depois de ler o e- mail. – Teremos que ir até à biblioteca, e depois podemos passar na soverteria, o que acham?
• Estou pronto, quando partimos? – perguntou Tales, afinal tinham dito a palavra mágica “sorvete”. Na biblioteca, Patrícia obteve as respostas com facilidade e explicou para os colegas: - Aqui estão as respostas que procuramos! Patrícia toda empolgada leu uma a uma.

2) e,

(e = 1,6 x 10 C)

e N N

A massa do próton é 1,7 x 10^ -27 kg e a massa do elétron é 9,1 x 10^ -31 kg. Como vocês podem perceber a massa do próton é muito maior, cerca de 2000 vezes maior do que a massa do elétron.

O valor da carga do elétron, é dada por:

A carga do elétron é a menor quantidade de carga detectável experimentalmente.. A unidade para medir carga, o Coulomb, representada por C, foi criada em homenagem ao físico francês, Charles Augustin Coulomb (1736 - 1806), pois ele conseguiu determinar a fórmula para calcular a intensidade da força elétrica entre corpos eletrizados.

O valor da carga do elétron também denominada carga elementar foi medido em 1911 pelo físico norte- americano Robert Andrews Millikan (1868 - 1953).

Um canudo eletrizado possui um número de cargas em excesso que é sempre um múltiplo inteiro do valor da carga do elétron, por isso dizemos que a carga elétrica é quantizada sempre que a carga elétrica de um objeto varia (aumenta ou diminui) essa variação se observa por um número inteiro de elétrons. Por exemplo, quando atritamos um objeto tiramos ou liberamos um número inteiro de elétrons. E pode ser calculada da seguinte forma:

Sendo carga do elétron, = 1000, 2000, 3000... Esse fato foi comprovado por Millikan quando mediu a carga do elétron.

Marcelo muito atento na explicação da colega, mal pôde esperar Patrícia terminar sua explicação para perguntar:

• Qual é a fórmula descoberta por Coulomb que calcula a intensidade da força elétrica?
• Não sei – falou Patrícia. – Mas podemos escrever para o Luiz Antônio contando que conseguimos responder todas as suas perguntas e depois aproveitamos para fazer a pergunta de Marcelo.
• Boa idéia! – disse Marcelo.

a um número inteiro qualquer, isto é,

O esclarecimento para essa dúvida será dado gradativamente. Estou enviando uma atividade para que vocês possam, depois de realizá-la, concluir se a força elétrica depende da quantidade de cargas existentes no material eletrizado.

Q = N.e

FORÇA DE COULOMB

ATIVIDADE 07

Você vai precisar de: 2 canudos de plástico, linha e papel higiênico.

1

E m c a d a extremidade da linha, amarre um canu do.

2

Atrite somente metade dos canudos separada- mente com um pedaço de papel higiênico. Suspenda-os e observe a distância entre os canudos (ângulo que farão entre si)..

3

A g o r a a t r i t e o s canudos por inteiro. E m s e g u i d a , suspenda-os e observe a n o v a s e p a r a ç ã o d o s canudos.

Pag.

Inesperadamente, o pai de Marcelo, uma pessoa de pouco estudo mas muito curioso, entrou no quarto para avisá-lo que iriam viajar no outro dia, logo cedo, e r e t o r n a r i a m s o m e n t e n a s e m a n a s e g u i n t e. Instantaneamente, os garotos começaram a se despedir. Marcelo insistiu para que ficassem, mas de nada adiantou. Combinaram de se reencontrarem ali mesmo assim que ele voltasse. Após uma semana lá estavam eles, reunidos novamente. Entre uma história e outra, Marcelo contou para seu pai durante a viagem sobre o que estavam descobrindo nas suas brincadeiras e surgiu uma dúvida.

• Como o excesso de cargas se distruibuem em um objeto?
• Boa pergunta! – disse Pedro. – Eu não tinha pensado nisso. Mas mesmo que tivesse também não saberia responder. Por acaso vocês sabem?
• Não!!! – responderam juntos Tales e Patrícia. Então, decidiram enviar a pergunta para o site, a fim de esclarecer a dúvida de Marcelo.

Vocês esclarecerão essa d ú v i d a d e p o i s q u e executarem a atividade que estou enviando. Para que a experiência seja b e m e n t e n d i d a , proponho que procurem o título “poder das pontas” e leiam o que ali estiver explicado sobre este fenômeno.

To d a s e s s a s o b s e r v a ç õ e s são resumidas e m u m a e x p r e s s ã o matemática:

sendo a força elétrica, também chamada força de Coulomb, é uma constante que caracteriza o meio (ar, vácuo, água etc.) onde o fenômeno está sendo observado, e os valores das cargas em excesso em cada corpo e a distância entre elas. Note que, conforme se aumenta a quantidade de cargas em excesso ( nos objetos eletrizados a força elétrica também aumenta. É importante enfatizar que, primeiramente foi observado que a força elétrica variava com o inverso da distância, somente depois de muito trabalho e dedicação que descobriu- se que a força elétrica, como pode ser observado pela fórmula, variava com o inverso do quadrado da distância. Os passos seguidos por Charles Augustin Coulomb para descobrir essa equação, em meados de 1785, foram semelhantes aos de

F

K

Q q

r

Q e q)

Ir

F=kQq 2

vocês: primeiro ele observou os resultados experimentais e depois e q u a c i o n o u s u a s o b s e r v a ç õ e s. I s t o depois de repetir as experiências várias vezes, procurando as condições mais favoráveis às medidas e ainda desprezando possíveis erros cometidos.

• Calma, calma! – disse Pedro. – Antes, vamos tentar descobrir a intensidade da força elétrica. Afinal, não era essa a nossa dúvida inicial? Pensaram, pensaram... Por um bom tempo porém não conseguiram equacionar a dependência da força elétrica com a quantidade de cargas em excesso e a distância entre elas, descobriram apenas que a distâncias maiores a força de repulsão é menor. Então, procuraram o Luiz Antônio para pedir ajuda.

Pág.

• Que engraçado! – exclamou Tales. _– A tira da ponta levanta mais do que a tira que está presa no centro da gota! Por que isso acontece?
• Isso é um caso curioso! –_ concordou Pedro. – Nós podemos observar que a força de repulsão é maior na tira presa na ponta do que no centro, consequentemente tem um acúmulo maior de cargas na ponta.
• Acho que você tem razão, Pedro. Mas, poderíamos verificar se sua explicação está correta lendo o assunto “poder das pontas” sugerido pelo Luiz Antônio – disse Patrícia. – Vamos agora para a biblioteca! Naquele momento apenas ela poderia ir, então combinaram de se encontrar no dia seguinte às três horas da tarde na biblioteca. Eles levaram a experiência. Todos que estavam lá acharam que era um truque de mágica. Tales, muito vaidoso, dizia que não era mágica e explicava os processos de eletrização que estavam ocorrendo. Por sorte, Mário, um professor de Física, que estava na biblioteca, ajudou-os a entender o fenômeno chamado poder das pontas. - Garotos! Quando eletrizamos um corpo que tem a forma de um círculo, as cargas tendem a se espalhar homogeneamente ao longo de sua superfície. No entanto, quando eletrizamos um corpo que possui uma forma que contém uma extremidade pontiaguda, tal como a gota de vocês, há uma concentração maior de cargas elétricas nas pontas. A explicação para este fenômeno provém do fato de que cargas de mesmo sinal repelem-se entre si. Como as cargas de mesmo sinal tedem a se espalhar ao máximo e a extremidade pontiaguda é a parte mais distante do resto do corpo, ocorre um acúmulo maior de cargas na ponta. Devido a este acúmulo de cargas, o campo elétrico é mais intenso do nas pontas, fato que explica o poder das pontas – concluiu o professor. - Mas o que é campo elétrico? – estranhou Pedro. - Existe um campo elétrico ou campo de forças elétricas em uma região do espaço ao redor de uma carga elétrica. O efeito a distância provocado por esta carga, pode ser de repulsão ou atração – explicou o professor – como nos desenhos animados, onde algumas vezes o herói não consegue entrar em alguns lugares, por causa de uma força que age à distância. Para vocês entenderem melhor vamos fazer a seguinte brincadeira (Atividade 07):

Pág.

PODER DAS PONTAS

3

Mantendo o canudo n a p o s i ç ã o r e c o m e n d a d a , encoste a ponta do seu dedo na frente da gota.

4

Afaste a mão e, depois o canudo. O b s e r v e o q u e acontece com as tiras.

2

Atrite um canudo com um pedaço de papel higiênico. Em seguida, aproxime o canudo a trás da gota.

1

Corte uma cartolina na forma de u m a g o t a d e 1 5 c m d e comprimento. Cole duas tiras de papel de seda, cada uma de 5 cm de comprimento aproximadamente, uma na ponta e outra no meio da gota. Em seguida, pregue com fita adesiva a cartolina em um canudo e fixe-o em um pedaço de isopor.

Você vai precisar de: Cartolina, 2 tiras de papel de seda, 2 canudos de plástico, isopor, papel higiênico, tesoura, cola branca e fita adesiva.

ATIVIDADE 09

Logo que chegaram à casa de Marcelo, começou uma tempestade. Patrícia, que tinha medo de relâmpagos, perguntou se sabiam explicar como eles eram formados, apontando para um que estava caindo naquele momento.

• Patrícia, eu não sei – disse Marcelo – mas não fique com medo porque na casa do vizinho tem pára-raios, portanto toda essa região está protegida.
• Eu ficarei tranquila se você me explicar como o pára-raios nos protege! – falo u Patrícia.
• Ora veja! ... – disse Marcelo tentando enrolar Patrícia.
• Vamos parar de enrolar – falou Pedro tentando colocar um fim naquela conversa – o melhor a fazer é enviar todas essas perguntas para o site do Luiz Antônio, já que não sabemos solucioná-las. Eles acataram a sugestão de Pedro, e assim que a tempestade passou, cumpriram o combinado.

Garotos! Primeiramente, raio é uma descarga elétrica causada pelo movimento de cargas de uma nuvem até a Terra. Quanto ao funcionameto do pára-raios estou enviando uma tarefa que os ajudará a entendê-lo. Aliás, no pára-raios aplica-se o conceito do poder das pontas, que vocês já estudaram.

SIMULAÇÃO DO PÁRA-RAIOS

ATIVIDADE 11

4

Coloque a ponta do seu dedo na igreja. E observe o que acontece com a tira.

Você vai precisar de: Cartolina, 1 tira de papel de seda para balas, 2 canudos de plástico, isopor, agulha, papel higiênico, tesoura, cola branca e fita adesiva.

3

Retire o canudo. O b s e r v e o q u e acontece com a tira.

2

Aproxime um canudo eletrizado da agulha, sem encostar. Observe a tira de papel de seda.

1

R e c o r t e u m a c a r t o l i n a (aproximadamente 8 cm de comprimento) na forma de uma igreja. Em seguida, cole a tira de papel de seda no meio da torre da igreja. Depois, com uma fita adesiva, pregue uma agulha na ponta da torre. Use um canudo como suporte para sustentar a igreja e pregue-o com a fita adesiva. Por último, fixe o canudo em um pedaço de isopor.

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Garotos, quando vocês aproximaram o canudo eletrizado negativamente na , uma grande quantidade de cargas positivas foram induzidas nela. Isto causou um intenso campo elétrico, no ar, entre a ponta e o canudo. Esse campo, por sua vez, ionizou o ar, isto é, provocou uma força suficiente para arrancar elétrons das moléculas constituintes do ar. Nessa situação, ele tornou-se condutor, propiciando a passagem de elétrons do canudo para a ponta da agulha. Por isso, a igreja e a tira ficaram carregadas negativamente. Como cargas iguais se repelem, a tira levantou-se. O pára-raios, que nos protege de relâmpagos, também utiliza o poder das pontas. Ele é composto de uma ou mais pontas metálicas ligadas à terra por um fio de metal. Ele deve ser colocado no ponto mais elevado do local a ser protegido, como por exemplo: torres, prédios e igrejas. Durante as tempestades as nuvens tornam-se carregadas, faremos nossa análise para uma nuvem carregada negativamente. Por onde ela passa, induz cargas positivas na Terra, criando um campo elétrico intenso entre a nuvem e a Terra. Como vocês viram na atividade “Simulação do pára-raios”, isso possibilitará uma descarga elétrica (relâmpago), que dependendo da carga acumulada pode causar acidentes fatais.

ponta da agulha

• Como é possível! – disse Marcelo, indignado. – A tira permanece erguida mesmo depois de retirado o canudo, a igreja deve ter ficado eletrizada.
• Mas se não eletrizamos a igreja, por contato, nem por indução, nem por atrito, então como a igreja ficou eletrizada?
• perguntou Patrícia.
• O interessante é – disse Pedro – que mesmo olhando bem de perto não vejo faísca saltando do canudo para a igreja.
• Eu também não escutei nada – falou Tales.
• É, infelizmente precisaremos procurar o Luiz Antônio para pedir ajuda – disse Marcelo, em frente ao computador esperando somente o consentimento dos colegas.
• Marcelo não perca tempo – disse Patrícia – envie nossas dúvidas para o site. A resposta foi imediata.

Caso o local tenha pára-raios, as cargas induzidas se acumularão em suas pontas. Nesta situação o campo elétrico ioniza o ar, permitindo a passagem de cargas da nuvem para o pára- raios. Como o mesmo está apropriadamente conectado ao solo (atraves de um fio grosso), esta carga será totalmente transferida para a Terra. Devido ao poder das pontas, evite ficar de pé durante tempestades em locais abertos (pois você será a própria ponta) ou próximo a objetos pontiagudos, como árvores ou postes.

Alerta:

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