Whatsapp

Medindo a força elétrica de repulsão

Estratégias de ensino-aprendizagem

PUBLICIDADE

Quando falamos de força elétrica, já temos a noção de que duas cargas elétricas exercem forças entre si, ora sendo uma força de atração (cargas de sinais diferentes) e ora sendo uma força de repulsão (cargas de sinais iguais). Também podemos dizer que a intensidade da força entre duas cargas puntiformes é diretamente proporcional ao produto dos valores das cargas e inversamente proporcional ao quadrado da distância que as separa.

O experimento, que utiliza materiais de baixo custo, tem por objetivo básico medir a força elétrica de repulsão entre cargas de mesmo sinal. O experimento pode ser realizado em sala de aula com a participação em grupo dos alunos.

Material utilizado

Duas bolinhas de isopor pequena
Papel alumínio
Linha e agulha de costura
Fita adesiva
Varinha de madeira
Régua de plástico
Tecido de lã ou papel-manteiga


Montagem do experimento

Amarre nas duas bolinhas de isopor um pedaço de linha de no máximo 30 cm de comprimento. Utilizando a fita adesiva, prenda a ponta da linha na bolinha de isopor e em seguida cubra-a com o papel alumínio. Amarre a outra extremidade da linha na varinha de madeira de modo que fique como na figura abaixo:

Bolinhas de isopor não eletrizadas
Bolinhas de isopor não eletrizadas

É importante cobrir toda a superfície das bolinhas com papel alumínio, pois ele é condutor, e assim teremos uma superfície esférica condutora na qual as cargas se distribuirão uniformemente.

Após pendurar as duas bolinhas de modo que elas fiquem encostadas uma na outra, carregue a régua e encoste-a nas bolinhas. Observe que as bolinhas se afastam. Se necessário, repita o processo de carregar a régua e encostá-la nas bolinhas até que elas se afastem como na ilustração abaixo.

Bolinhas eletricamente carregadas com cargas de mesmo sinal
Bolinhas eletricamente carregadas com cargas de mesmo sinal

Você pode medir a intensidade da força elétrica que age entre as bolinhas, se medir a distância entre elas após serem carregadas. Para fazer isso você pode usar uma régua (descarregada) e medir a distância entre as duas linhas antes e depois de carregar as bolinhas. Tome cuidado para não tocar com a régua nos fio e nem nas bolinhas.

É possível calcular a força elétrica a partir dessa medida, lembrando que esse sistema está em equilíbrio mecânico. Agora façamos o diagrama de corpo livre para uma das bolinhas, levando em conta as forças T (tração na corda), Fe (força elétrica) e o peso P da bolinha. Na figura abaixo, mostramos o esquema de forças:

Não pare agora... Tem mais depois da publicidade ;)

Esquema das forças que atuam sobre uma das bolas.
Esquema das forças que atuam sobre uma das bolas.

O ângulo ? pode ser calculado a partir da distância x entre as bolinhas, o comprimento L dos fios, e a definição de tangente: tg = x/2L.
Escrevendo as equações para os componentes x e y das forças, obtemos o seguinte:

Fazendo a junção dessas duas equações, temos:

Se tivermos o valor da massa m da bolinha de isopor, podemos fazer o cálculo da força elétrica Fe. A quantidade de cargas que essa bolinha possui pode ser obtida se supusermos que a carga foi repartida igualmente entre as bolinhas.

Como conhecemos o valor de Fe e da distância entre as bolinhas, e sabemos que essa força é a força de repulsão entre elas, dada por

podemos calcular o valor de Q2 (Q1=Q2=Q). Extraindo a raiz quadrada, encontramos o valor da carga em coulombs. Com esse valor, você pode calcular o número de elétrons que é necessário remover da bolinha, para que ela adquira esta carga.

Por Domiciano Marques
Graduado em Física
Equipe Brasil Escola

Artigos Relacionados
Veja aqui um experimento de física de baixo custo que auxilia o professor na explicação do conceito e das propriedades da carga elétrica, bem como os processos de eletrização.
  • Facebook Brasil Escola
  • Instagram Brasil Escola
  • Twitter Brasil Escola
  • Youtube Brasil Escola
  • RSS Brasil Escola