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Freio magnético

Estratégias de ensino-aprendizagem

O freio magnético utiliza as interações eletromagnéticas entre um sistema em movimento e um sistema em repouso para dissipar energia e reduzir a energia total do sistema.
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Esta atividade experimental tem por objetivo abordar alguns conceitos já estudados no eletromagnetismo. Nela serão trabalhadas as leis de indução de Faraday e Lenz. A fim de demonstrar esse experimento, alguns materiais são necessários:

- um tubo oco de cobre de cerca de 30 cm de comprimento;
- um tubo oco de acrílico de mesmo tamanho e diâmetro do tubo de cobre;
- um ímã cilíndrico que caiba dentro dos tubos;
- um cilindro de metal de mesmo tamanho e massa do ímã cilíndrico;
- uma bússola e um prego para ilustrar que o material é ímã.

Primeiramente, o experimento pode ser realizado com o tubo de acrílico. Com esse tubo, meça o tempo de queda do cilindro de metal e do ímã cilíndrico ao passarem pelo interior do tubo de acrílico. Após essa verificação você perceberá que os tempos de queda dos dois objetos (metal e ímã) são iguais.

Em seguida, o experimento deve ser realizado com o tubo de metal. Usando o tubo de cobre, meça o tempo de queda do metal cilíndrico e do ímã cilíndrico, ao passarem pelo interior do tubo de cobre. É interessante perceber que o ímã não atrai o tubo de cobre pelo fato de o cobre não ser um material ferromagnético.

Ao colocar o ímã dentro do tubo de cobre você perceberá que o tempo de queda do ímã é muito maior do que o tempo de queda do metal cilíndrico. Após essa observação, a seguinte pergunta pode ser feita: qual seria a explicação para esse efeito, uma vez que o tubo não é atraído pelo ímã?

Ao verificar o tempo de queda, você perceberá que o ímã cai com velocidade constante. Para que ele caia com velocidade constante, já que atua sobre a força peso, é necessário que exista uma força de igual intensidade, porém com sentido para cima, atuando sobre o ímã. Você pode fazer o seguinte questionamento: mas de onde surge essa força, uma vez que o ímã não é atraído magneticamente pelo material de cobre? A explicação para tal acontecimento tem como base as leis de Faraday e Lenz.

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Como dissemos anteriormente, o cobre não é um material ferromagnético, portanto não atrai o ímã e nem é atraído por ele. Porém, quando o ímã é abandonado no interior do tubo de cobre, ele faz com que um campo magnético passe por todo o interior do tubo. Sendo assim, cada anel do tubo de cobre tem comportamento igual a uma bobina ou uma espira.

Dessa forma, há um campo magnético variado criado porque o ímã está descendo, gerando uma força eletromotriz induzida de acordo com a Lei de Faraday. Essa força eletromotriz induzida provoca uma corrente elétrica pelo fato de o circuito ser fechado e essa corrente elétrica induzida obedecer à Lei de Lenz.

Obedecendo à Lei de Lenz, ela vai criar um campo magnético que se contrapõe com a que a originou, criando então uma força magnética para cima. Sendo assim, teremos a força peso puxando o ímã para baixo, uma força magnética para cima e a resultante entre as duas forças será igual a zero. Isso faz com que o ímã, ao passar pelo tubo, sofra uma resultante igual a zero e caia com movimento uniforme.


Por Domiciano Marques
Graduado em Física

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