Forças Entre Cargas Elétricas

Colégio Técnico da Universidade Federal de Minas Gerais

Laboratório 6 – Forças entre cargas elétricas

31 de maio de 2012

Autores: Gabriel Alves, Izabelle Cária e Lucas Gustavo

Professora: Morgana Carolino

2° ano – Turma 207B

INTRODUÇÃO

Neste laboratório o grupo trabalhará com as grandezas: força elétrica de interação entre duas cargas, a distância entre elas, seu peso e a tensão sobre a qual estão submetida. Todas elas estão envolvidas na interação entre dois pêndulos carregados eletricamente, sendo que as forças de interação elétrica formam um par de ação e reação, de acordo com a Terceira Lei de Newton.

Todo corpo inicialmente neutro pode ser eletrizado pela perda ou ganho de elétrons, que se dá por diversos meios. Uma dessas maneiras é a eletrização por atrito, na qual um corpo perde e o outro recebe os elétrons, a outra que pode ser utilizada é a eletrização por indução, em que um corpo carregado induz a polarização de um corpo neutro; o contato entre eles faz com que o corpo neutro fique com uma carga de mesmo sinal que a do corpo carregado.

Quando a soma vetorial de todas as forças que atuam sobre um objeto é igual a zero, podemos afirmar que o mesmo está em equilíbrio. Do mesmo modo podemos afirmar que a recíproca é verdadeira, isto é, se um corpo está em equilíbrio podemos afirmar que a resultante das forças que atuam nele é igual a zero. A Primeira Lei de Newton afirma que, por Inércia, um corpo que está em repouso permanecerá em repouso, e um corpo que está em movimento tende a permanecer em movimento, até que atue sobre ele uma força resultante não nula.

A análise das grandezas citadas anteriormente se baseará na lei que relaciona a

força de interação elétrica entre dois corpos carregados, conhecida como Lei de

Coulomb:

²

1 2

0 d

Q Q

F k







Em que:

F



é a força elétrica entre os corpos









 

²

. ²

8,99 109

0 C

N m

k , conhecida como Constante de Coulomb (ou Eletrostática)

1 2 Q e Q são os valores das cargas

d é a distância entre as cargas.

Sabe-se que entre dois corpos carregados existe uma força de interação de

natureza elétrica. Essa força pode ser de repulsão ou atração, dependendo do sinal

dessas cargas. Caso tenham o mesmo sinal elas se repelem, mas quando têm sinais

opostos elas se atraem. Além disso, um corpo carregado sempre atrai um corpo neutro,

independentemente do sinal de sua carga.

OBJETIVOS

O objetivo deste experimento é determinar o número de elétrons faltantes em um

pedaço de papel alumínio.

Para tanto é necessário criar um delineamento experimental, ou seja, uma

estratégia que combine teoria e prática, visto que a quantificação de elétrons é algo

abstrato, necessitando de relações já descritas por cientistas, a fim de torná-la possível.

PROCEDIMENTOS E MÉTODOS

Para a realização deste experimento, o grupo utilizou os seguintes materiais:

01 balança de precisão

01 base (feita de copo plástico para café, gesso e colchete latonado)

02 pêndulos de papel alumínio circulares sustentados por dois fios presos em uma mesma haste (feita de canudo plástico e colchete latonado)

10 canudos de refresco

01 transferidor

01 régua milimetrada

Folhas de papel toalha

Alguns desses materiais foram dispostos de acordo com a figura abaixo.

Figura 1 - Montagem do experimento

Para que os pêndulos fossem eletrizados um dos integrantes do grupo atritou um canudo de refresco em uma folha de papel toalha. De acordo com a série triboelétrica, nessa situação o canudo fica carregado positivamente. Ao encostá-lo nos pêndulos, esses também ficam carregados positivamente, surgindo assim uma força de repulsão entre eles.

A fim de compreender melhor como as grandezas se relacionavam o grupo fez um diagrama de corpo livre para cada pêndulo.

Além disso, o grupo mediu o ângulo entre os pêndulos, a distância entre eles e o raio de cada um.

Para descobrir a massa de cada pêndulo o grupo criou a seguinte estratégia: medir a massa de uma folha de papel alumínio com 900 cm² e estimar a massa do pêndulo, feito do mesmo material.

RESULTADOS

O grupo desenvolveu o seguinte diagrama de corpo livre para o pêndulo 1:

Figura 2 – Diagrama de corpo livre para o pêndulo 1

A partir desse diagrama o grupo percebeu que a componente horizontal da tensão possui o mesmo módulo que a força elétrica feita no pêndulo 1 pelo pêndulo 2, e que a componente vertical possui o mesmo módulo que a força peso.

Pode-se pensar o diagrama de corpo livre do segundo pêndulo de forma análoga

ao