Portal de Ensino de Ciências
ATIVIDADES E EXPERIMENTOS
Produção de Material Didático
Bússola Eletrostática

Referência
Alunos da disciplina Produção de Material Didático (FEP 458)
Licenciatura em Física - IFUSP -- Turma: Noturno/2005

Introdução
Os fenômenos elétricos estão entre os conceitos físicos mais presentes em nosso cotidiano. A eletricidade estática está por trás do raio em dias de tempestade, do choque que levamos ao encostar na maçaneta do carro em dias secos e pelos barulhinhos que ouvimos ao passarmos a mão pela tela da TV logo após desligá-la. Além disso, ela ajuda também a explicar a necessidade do uso de pára-raios, sendo também importante para compreendermos seu funcionamento através do chamado "poder das pontas".


Figura 1

Dentre os experimentos envolvendo eletrostática os mais comuns são aqueles em que atritamos um bastão ou um pente plástico e aproximamos de pedaços de papel picado. Ou então aqueles em que eletrizamos um canuno por atrito e o grudamos na parede por meio da força elétrica. Em todas essas "brincadeiras", ao atritarmos a peça plástica em outro material (papel, tecido ou cabelo, por exemplo), estamos promovendo uma troca de cargas entre ambos, de modo que em um deles há predomínio de cargas positivas, enquanto no outro há excesso de cargas negativas. Nesse trabalho propomos a construção de uma bússola eletrostática ou um sistema identificador de cargas. Através dele o professor poderá discutir com seus alunos conceitos de eletrização por atrito, por indução, conservação de carga, poder das pontas, entre outros.

PODER DAS PONTAS

Quando um corpo metálico fica carregado, cargas de mesmo sinal tendem a se repelir mutuamente, de modo a ficarem o mais distante possível umas das outras. Se a geometria do corpo não tiver regiões pontiagudas (como uma esfera por exemplo) a tendência é das cargas se distribuírem de maneira mais ou menos uniforme no material. Entretanto, no caso de regiões pontiagudas, ocorre maior concentração de cargas, de modo que a densidade de cargas é maior. Isso provoca aumento do campo elétrico nessas áreas (figura 2).


Figura 2

Essa densidade maior de cargas e consequente aumento do campo elétrico faz com que pontas metálicas sejam ideais para atuarem como pára-raios (figura 3) ou, em nosso caso, aumentam a sensibilidade à presença de outras cargas elétricas.


Figura 3

Na agulha de nossa bússola (figura 4) a força de atração da ponta é maior que a da parte traseira devido ao campo elétrico maior, provocando o giro da agulha. Caso a carga no bastão seja idêntica à carga da agulha, ocorre repulsão e a ponta se distancia do objeto. Se as cargas tiverem sinais contrários, ocorre atração e a ponta se aproxima do objeto eletrizado.


Figura 4

Materiais
Os materiais utilizados são de baixo custo e podem ser substituídos por similares:
  • pedaço de papel alumínio;
  • linha fina (fio de meia calça) ou fio de cabelo longo;
  • palitos de churrasco para suporte;
  • massa de modelar;
  • pedaço de papel higiênico ou toalha de papel;
  • canudinho plástico.


Figura 5

Montagem
Corte um pedaço pequeno de papel alumínio na forma de um triângulo de uns 5 centrímetros de altura com uma base de cerca de um centrímetro. É FUNDAMENTAL QUE ELE TENHA ESSA FORMA, POIS ESSA SERÁ A AGULHA DE NOSSA BÚSSOLA. (vide figura 6).Amarre uma linha fina (ou fio de cabelo) no centro da agulha de modo que fique equilibrada na horizontal quando vc pendura o fio.


Figura 6

Monte em seguida um suporte utilizando os palitos de churrasco e a massa de modelar. Pendure a agulha de papel alumínio no suporte e encoste nela para certificar-se de que está descarregada.


Figura 7

Procedimento
Atrite papel contra o canudo plástico de modo a deixá-lo carregado. Nessa configuração, nossa bússola pode ser usada como pêndulo eletrostático. Aproxime o canudo carregado do papel alumínio e vc perceberá que, num primeiro momento, ele é atraído. Com a agulha descarregada a atração não obedece nenhum padrão específico, ou seja, tanto a ponta quanto a traseira da bússola é atraída.


Figura 8

Em seguida, enconte o canudo no papel alumínio e verifique que passa a ocorrer repulsão entre ambos. Entrentanto, agora a repulsão é ordenada: a ponto sempre fica mais distante do canudinho. Sempre que tentamos aproximar o canudinho da ponta a agulha gira, devido ao poder das pontas.


Figura 9

Em seguida, aproxime o papel da agulha: desta vez a ponta é atraída na direção do papel.


Figura 10


ATENÇÃO: O PAPEL DESCARREGA BEM MAIS RÁPIDO QUE O CANUDO. POR ISSO, NÃO ESPERE MUITO PARA APROXIMÁ-LO DA AGULHA.
Dessa forma, a bússola pode ser usada como um identificador de cargas. Geralmente, o canudo fica carregado positivamente.

Roteiro
  • Qual a semelhança entre o funcionamento da agulha de nossa bússola e um pára-raios?
  • Por que em um primeiro momento, a agulha é atraída de qualquer maneira para o canudo, ou seja, antes de estar carregada, tanto a ponta quanto a traseira da agulha são atraídas pelo canudo ou pelo papel?
  • Tente atritar canudo com materiais diferentes: isopor, cabelo, tecidos, saquinho plástico, garrafa pet...

Conclusões
São inúmeros os conceitos abordados nessa experiência. Embora o mais enfático seja o poder das pontas, o professor pode explorar ainda eletrização por contato, por atrito e por indução, além de levar o aluno a testar materiais diferentes, seja para carregar o canudo ou mesmo para confeccionar a agulha da bússola. Geometrias diferentes (quadrados, círculos, retângulos, bolinhas) podem ser experimentadas para a construção da agulha de modo que fique evidente o poder das pontas aqui ilustrado. Experimentos envolvendo eletrostática, via de regra, são difíceis de serem realizados em dias úmidos. Por isso, certifique-se de que o dia esteja seco, não chuvoso e, se for necessário, use um secador de cabelo para tirar umidade do papel alumínio, do papel higiênico, do canudo ou da linha da bússola.

Produção de Material Didático

Essas atividades foram elaboradas por alunos de Licencatura em Física, do IFUSP, no ano de 2006, como atividade da disciplina optativa Produção de Material Didático.

Bússola Eletrostática
Produção de Material Didático
Elaborado Anderson Jacomini, Daniel Medeiros Gomes, Emerson R. Silva


UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO

Estação Ciência Escola de Artes, Ciências e Humanidades Instituto de Física

Financiamento e apoio:


UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO
Copyright © 2006-2008 Universidade de São Paulo - Todos os direitos reservados