Física em casa - experimentos

Física em casa - experimentos

(Parte 1 de 8)

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.

O objetivo deste trabalho é fornecer um material que estimule você, leitor, a conhecer os fascínios da eletricidade. Apresentamos com naturalidade, por intermédio de experimentos simples, inseridos em uma narrativa ficcional, conceitos complexos de Física e, sempre que possível associamos este conhecimento ao cotidiano .

Esse material é recomendado tanto para leigos quanto para profissionais da área, a leitura do mesmo não faculta a utilização de um bom livro didático.

O conteúdo do livro é apresentado por meio de questionamentos que os personagens fazem entre si e quando não conseguem resolvê-los procuram um site que conduz toda a história.

sejam efetuadas na ordem que são sugeridas. A figura
Utilizamos também a figurapara simbolizar a

Os experimentos propostos utilizam materiais de baixo custo e foram rigorosamente testados. Para um melhor aproveitamento é recomendado que as atividades ,chama atenção para uma página onde são feitas recomendações sobre os materiais utilizados. necessidade da presença de um adulto durante a realização do experimento.

Nesse livro você entenderá, por exemplo, o princípio de funcionamento do pára-raios, da máquina fotocopiadora, da bateria, do transistor, da bússola, de um gerador e até mesmo de um motor elétrico.

Caro Leitor Olhar pag

– Olhem que legal! Com esse canudo é possível atrair os pedacinhos de papel sem tocá-los – falou Tales – mas o que está causando isso?

Como ninguém conseguia responder, Marcelo sugeriu enviar um e-mail para o site do professor LUIZ ANTÔNIO. Ali as pessoas deixavam suas dúvidas, via email, 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 atrite fortemente um canudo com um pedaço de papel higiênico.

- 2Aproxime o canudo (sem

encostá-lo) dos pedacinhos de papel e observe o que acontece com eles.

Quatro adolescentes estavam conversando em uma alanchonete. Pedro, de 16 anos, um garoto curioso que cursa a 2 série ado ensino médio; Patrícia, de 15 anos, adora ler e cursa a 1 série do ensino médio; Marcelo, de 15 anos, um adolescente que tem fascínio por computador, está na mesma sala de aula de Patrícia; e Tales, airmão de Marcelo, um menino de 12 anos, que cursa a 6 série do 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 será compreendida com a atividade que estou enviando. Caso vocês não consigam explicar o fenômeno escrevam-me.

Pág.01

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

ATIVIDADE 01

Olhar pag.24

– 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.

higiênico

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

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 elétricasdentro de uma região é constante. Essa teoria, embora hoje ultrapassada, estava bem próxima do que se comprovou mais tarde, com a descoberta do átomo.

gregoExplique-se – disse Tales.

– Átomo??? Pat você está falando

– 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.

ATIVIDADE02

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

Observe que eles se afastam.

- 2Esfregue os canudos, um a um, com papel higiênico.

- 1Em cada extremidade da linha, amarre um canudo.

- 4Aproxime dos canudos o pedaço de papel higiênico que você utilizou para esfregá-los.Veja o que acontece.

Pág.02 Olhar pag.24 foi dada no início do século X, por Ernest Rutherford (1871 - 1937) – explicou a garota. – Segundo ele, o átomo é semelhante ao sistema planetário, tendo um núcleo composto por partículas muito pequenas que são chamadas de prótons e de nêutrons, rodeados por elétrons que ficam girando em torno do núcleo, como tentei representar nesse desenho. As bolinhas amarelas simbolizam os elétrons, as bolinhas azuis, os prótrons e as bolinhas vermelhas, os nêutrons.

Animada com sua explicação, Patrícia continuou:

– Ah! Estava me esquecendo!

Os prótons têm carga elétrica positiva; Os elétrons têm carga elétrica negativa; Os nêutrons não têm carga.

E tem mais, o átomo em seu estado natural (neutro) possui a mesma quantidade de prótons e elétrons. Bem! Essas foram as informações que consegui , mas mesmo com todas elas eu não sei explicar nossas observações – comentou Patrícia.

– Posso fazer uma pergunta? – disse Tales, impaciente, e sem esperar a resposta, continuou. – Todos os objetos, como por exemplo essa cadeira é composta por átomos neutros? – Correto! Tales – disse Patrícia.

– Pat, não fique desanimada – falou Pedro – porque as explicações para nossas questões não devem ser tão simples assim, sugiro escrever para o Luiz Antônio e dizer que observamos que ao atritar dois canudos com papel higiênico eles se afastaram e esses mesmos canudos atraem pedacinhos de papel. Resumindo, ora temos uma força de repulsão ora uma força de atração.

Foi o que fizeram. A resposta do professor não tardou a chegar:

Garotos, para facilitar o entendimento de vocês começarei a explicação pela atividade 02. Inicialmente, o canudo e o papel higiênico estão neutros, ou seja, os átomos que os compõem possuem, cada um, a mesma quantidade de elétrons e prótons.

Porém, quando vocês atritaram o canudo com o pedaço de papel higiênico, alguns elétrons do papel escaparam e passaram para o canudo. Eles, então, ficaram com excesso de cargas negativas (mais elétrons do que protóns, em alguns átomos), ou seja, ficaram eletrizados negativamente. Já o papel perdeu cargas negativas, ficando com excesso de cargas positivas, ou seja, ficou eletrizado positivamente. Como essa eletrização ocorreu por friccição, chamamos esse processo de

Com essa explicação, concluimos que a força de repulsão, , surgiu porque os canudos, atritados com papel, passaram a apresentar cargas negativas em excesso. Supõese então, como hipótese que as cargas de mesmo sinal levam os canudos a se repelir.

O mesmo não aconteceu quando vocês aproximaram o papel eletrizado positivamente do canudo eletrizado negativamente. Neste caso, criou-se uma força de atração, , , entre eles. Concluímos então, que corpos com cargas de sinais opostos se atraem.

Agora vamos descrever o que ocorreu na atividade 01.

Inicialmente os pedacinhos de papel estavam neutros, ao aproximar o canudo eletrizado eletrização por atrito.

Pág.03

Modelo atômico F

– 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.

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

-1 Atrite o canudo com um pedaço de papel higiênico. Em seguida, jogue-o na parede. O que acontece?

ATIVIDADE 03

Pág.04

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.05

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

- 2Agora 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.24

– 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 pêndulo eletrostático ou 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.

-2 Atrite o canudo com um pedaço de papel higiênico e aproxime e afaste o canudo da esfera, sem tocá-la. Observe o que acontece com as tiras de alumínio.

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