Introdução aos estudos da Física

Física tem origem na palavra grega "physis" que significa natureza, ou seja, a Física é a ciência que estuda a natureza e seus fenômenos nos aspectos mais gerais. Analisa suas relações e propriedades, além de descrever e explicar a maior parte de suas consequências. Busca a compreensão científica desde os elementos fundamentais até o universo como um todo. Historicamente, o desenvolvimento da física iniciou na pré-história com o desenvolvido de instrumentos que eram utilizados para as necessidades do dia a dia como, por exemplo, lança para caçar animais ou pedras pontiagudas para rasgar a carne.

Fonte: Arqueologia e pré-história disponível em: https://arqueologiaeprehistoria.com/encontrei-um-artefato-ou-sitio-arqueologico-e-agora-o-que-fazer/

Para retratar seus feitos, o homem pré-histórico fazia pinturas nas paredes das cavernas ou em pedras e ossos. Ao longo do tempo essas formas foram evoluindo até surgir a escrita. Nesse período, as civilizações egípcias e mesopotâmica começam a utilizar a irrigação por bombeamento, método de transporte de cargas pesadas e técnicas de construção.

Nesse contexto, as novas descobertas eram obtidas como solução de problemas práticos e os fenômenos naturais eram creditados a divindades.

Por volta de 600 a.C, os gregos começaram a procurar respostas para suas principais questões por meio da razão excluindo os deuses das explicações dos fenômenos naturais. Entre as reflexões os gregos investigaram os princípios gerais do movimento e a constituição do Universo. 

Nesse período, Aristóteles deu significativas contribuições em várias áreas do conhecimento, sua forma de pensar os movimentos dos corpos e os movimentos dos astros, apesar de equivocada e substituída, serviu de referência para o Ocidente por mais de 1500 anos. Abaixo o modelo de universo segundo Aristóteles. 

Fonte: http://aristotelesaristoteless.blogspot.com/2016/04/new-aristoteles-universo.html, acesso dia 13 jan, 2019.

Apesar de novas descobertas que refutavam o modelo de Aristóteles, os pensadores do início da Era Cristã encontraram grandes dificuldades para contradizer essas afirmações, sobretudo porque a igreja Católica condenava qualquer conhecimento que não estivesse apoiado nas escrituras sagradas. Além disso, a ausência de livros não religiosos e a existência prioritária de indivíduos analfabetos tornavam 

Nicolau Copérnico

o desenvolvimento da ciência quase que impossível. Porém, com o Renascimento, houve uma revolução científica, tecnológica e artística, nessa época foi possível rever os conceitos aristotélicos que penduram até então. Na Astronomia o principal nome foi Nicolau Copérnico. 

Outro cientistas de renome foi Galileu Galilei que estudou as teorias de Aristóteles e propôs correções ou novas interpretações. Galileu defendia que os fenômenos fossem observados tais como ocorrem e que pudessem ser experimentados. Galileu é considerado um dos fundadores do método experimental e da ciência moderna. Suas principais contribuições a Física diz respeito aos movimentos dos corpos e a teoria da cinemática. Em 16009 Galileu construiu sua própria luneta onde foi possível observar a lua e as fases de Vênus, fenômeno que seria impossível de acontecer se a teoria do geocentrismo estivesse correta. Nos anos seguintes  Galileu defendeu o heliocentrismo de Copérnico o que lhe rendeu problemas com a igreja tendo que negar suas afirmações e viver isolado em Florença. Conheça um pouco da história de Galileu Galilei no vídeo a seguir.

Fonte: PIBID Física IFRS/BG

Outros cientistas importantes foram surgindo, talvez um deles seja Isaac Newton que aproveitando os resultados obtidos por outro cientistas Isaac Newton reuniu explicações de diversos fenômenos da mecânica que possibilitaram importantes inovações técnicas como o relógio, teares mecânicos, telescópios e microscópios. Para saber mais sobre esse importante Físico assista o vídeo a seguir.

Fonte: https://www.youtube.com/watch?v=LWMOzNQl268, acesso 13 de jan. 2019. 

Outras áreas da Física começaram a se desenvolver durante o século XVIII: a termologia, a Eletricidade e o Magnetismo. Os resultados obtidos por Benjamin Count Rumford e Nicolas Léonard Sadi Carnot na termodinâmica levaram ao aperfeiçoamento das máquinas a vapor na virada do século XIX. Surgia a Revolução Industrial, época de aumento considerável, no progresso material das nações e na população europeia. Por volta de 1830, a maioria das potências europeias possuía uma rede de ferrovias ligando as fábricas às grandes concentrações urbanas. 

Tornou-se interessante aos industriais investir em melhorias tecnológicas para aumentar ainda mais os lucros em seus negócios. Desde então, os conceitos de investimentos público e privado em inovações tecnológicas permeiam todas as nações desenvolvidas. MENOSPREZAR A IMPORTÂNCIA DE NOVAS DESCOBERTAS É O CAMINHO MAIS CURTO PARA UM PAÍS SE TORNAR DEPENDENTE ECONOMICAMENTE DE OUTROS. 

O incentivo a pesquisa, por volta de 1800, resultou no desenvolvimento do Eletromagnetismo por André-Marie Ampère e Michael Faraday, entre outros. A teoria completa do Eletromagnetismo foi proposta por James Clerk Maxwell em 1870, desde então, tornaram-se viáveis as instalações elétricas residenciais e os aparelhos que funcionam à base de motores elétricos.

O final do século XIX foi a época de otimismo exagerado dos cientistas, muitos físicos, representados por Lorde Kelvin, julgavam, em 1890, conhecer os princípios e as leis fundamentais do funcionamento do Universo. Bastavam pequenos ajustes em alguns pontos duvidosos e o homem teria aprendido tudo por meio da Física. Mas resultados experimentais interpretados de maneira inovadora por Max Panck, em 1900, e Albert Eisten, em 1905, permitiram novas concepções sobre conceitos básicos como espaço e tempo.

Dois novos ramos da Física surgiram com base no sistematização desses resultados: a relatividade e a mecânica quântica. Essa evolução na forma de ver o mundo possibilitou os grandes avanços dos séculos XX e XXI, entre os quais podemos citar o uso controlado da energia atômica, os robôs, a televisão, o GPS, os computadores, raios laser, etc.

Assista o vídeo a seguir para entender quais são os ramos da Física e o que cada parte estuda.

Fonte: Scheffer. F. S. Pré-Física: fundamentos para iniciantes ao estudo da Física, IFRS, 2018.

REFÊRENCIAS:

BONJORNO. J.R et. al. Física: Mecânica, 1º ano-2. ed. São Paulo: FTD, 2013.

Movimento

Corpo: carro, pessoa, bola, Terra, Lua.

Para determinar se um corpo está ou não em movimento é necessário especificar a posição dele em relação a outro que o rodeiam, ou seja, estabelecer um referencial. 

Quando considerarmos o motorista do ônibus como referência a posição do homem sentado na poltrona do ônibus não varia. Dizemos então que ele está em repouso em relação ao motorista. Se considerarmos como referência o homem sentado na montanha, verificamos que a posição do passageiro varia com o tempo. Portanto, dizemos que o passageiro está em movimento em relação ao homem sentado na montanha. O motorista do ônibus e o homem sentado são dois referenciais os quais podemos quantificar o estado de repouso ou de movimento. 

Ponto material e corpo extenso

Ponto material: qualquer corpo cujas dimensões não interferem na análise de determinado fenômeno. Quando utilizamos essa expressão estamos desprezando a forma e as dimensões desse corpo, reduzindo a uma partícula material que pode ser considerada como um ponto.

OBS: UM CORPO PODE SER UM PONTO MATERIAL SOB DETERMINADA PERSPECTIVA E NÃO SER EM OUTRA.

Corpo extenso: as dimensões não podem ser reduzidas a um único ponto.

Trajetória

Linha geométrica que interliga todas as posições pelas quais ele passa. A trajetória pode ser retilínea ou curvilínea e depende do referencial em que se encontra o observador.

A trajetória da carga depende do referencial em que se encontra o observador. Para o piloto do avião, a trajetória é retilínea, mas para o observador no solo a trajetória é curvilínea.

Posição numa trajetória

Quando viajamos por uma estrada é comum haver placas indicando a quilometragem de cada ponto da via, que servem para nos localizarmos durante o percurso. A informação contida nas placas se refere à distância do ponto onde elas estão fixadas até o ponto definido como origem.

Função horária

Quanto tempo você demora para ir de sua casa a escola? Com que velocidade você se desloca nesse percurso? qual é a distância percorrida nesse trajeto?

Chama-se função horária a sentença matemática que descreve o movimento realizado por um móvel com o passar do tempo. Por meio dela podemos, por exemplo, calcular quanto tempo demora uma viagem de carro, qual é a distância percorrida por uma nave espacial com determinada velocidade. A função horária das posições é um sentença matemática que relaciona as sucessivas posições de um corpo com o passar do tempo. Para obtê-la é necessário escolher um referencial e nele fixar a origem. De modo geral, partindo-se da posição atual do corpo, num determinado referencial, pode-se determinar a sua posição futura nesse referencial com o passar do tempo.

EX: Considere uma pessoa que se encontra a 20 m da origem cuja velocidade é de 5m/s no sentido em que a numeração dos imóveis vai aumentando. Qual é a posição do carro após 5s de movimento?

S= So + vt

S = 20 + 5.5

S= 45

Velocidade escalar média

Suponha um carro que percorre um trecho de estrada entre duas cidades. Sabemos que o carro não mantém sempre a mesma velocidade durante o trajeto, pois existem subidas e descidas, ultrapassagens, semáforos, valetas, diferentes limites de velocidade em cada trajeto. Desse modo, em vez de estudar o movimento do carro em cada ponto da estrada, podemos relacionar o espaço total percorrido por ele e o intervalo de tempo decorrido nesse percurso. Essa razão é denominada velocidade média (Vm).

Ex: Um caminhão viaja de SP para São José dos Campos e percorre 100 km em 2 hrs.

Vm = 100 / 2

Vm= 50 Km/h

OBS: SE O CARRO SE MOVIMENTAR NO SENTIDO DA ORIENTAÇÃO DA TRAJETÓRIA ESSE MOVIMENTO É PROGRESSIVO, POIS AS POSIÇÕES CRESCEM ALGEBRICAMENTE NO DECORRER DO TEMPO. SE O CARRO SE MOVIMENTAR NO SENTIDO CONTRÁRIO AO DE ORIENTAÇÃO DA TRAJETÓRIA CARACTERIZA ESSE MOVIMENTO COMO RETRÓGRADO, POIS AS POSIÇÕES DECRESCEM ALGEBRICAMENTE NO DECORRER DO TEMPO. 

No SI, a unidade de velocidade é m/s mas pode ser também determinada por Km/h. 

Velocidade escalar instantânea

Quando um motorista avista uma placa indicando o limite de velocidade de 40km/h ele pisa no freio que sua velocidade média diminui ou para. Vimos que se um carro percorre 100 Km em 2h a velocidade escalar média é de 50Km. Essa velocidade não corresponde à velocidade real do automóvel, uma vez que ela muda continuamente, sendo maior em alguns trechos e menor em outros.  Se quisermos conhecer a velocidade em cada instante temos de recorrer ao velocímetro do carro. O valor indicado pelo velocímetro em certo instante nos dá o valor absoluto da velocidade escalar instantânea do carro.

Movimento com Velocidade escalar constante

O deslocamento de uma órbita no espaço, uma viagem de trem ou uma pessoa se deslocando numa escada rolante, por mais que as velocidades sejam diferentes as pessoas parecem confortáveis sem sofrer solavancos, empurrões ou freadas. Isso é possível porque a velocidade com a qual se deslocam é constante. Quando isso ocorre dizemos que se trata de um movimento uniforme. É o caso de um carro que percorre uma longa estrada mantendo sua velocidade constante igual a 80km/h. Nessas condições podemos concluir que o carro percorrerá 80 km a cada hora. Então, se em 1h ele percorre 80km em 2 h percorrerá 160 km. Desse modo, o carro precorrerá distâncias iguais em intervalos de tempos iguais. Um caso particular de movimento uniforme é o que ocorre em trajetória retilínea, chamado de movimento retilíneo uniforme (MRU). 

As características desse movimento é que a velocidade do móvel permanece constante no decorrer do tempo. A consequência direta desse fato é que o móvel percorre distância iguais em intervalos de tempos iguais. 

Isso significa que o móvel tem em toda a trajetória considerada a mesma velocidade.

Encontro de móveis.

Considere dois carros numa pista de corrida com o carro A a frente  com velocidade de 60 Km/h e o carro B atrás com com velocidade de 80km/h tentando ultrapassá-lo. Quanto tempo levará para B ultrapassar A?

Sa = Sb

Com base em suas funções horárias dos espaços, bastaria igualar as posições dos dois carros e substituir o instante encontrado na função horária de um dos carros. 

Velocidade Relativa. 

Imagine que você está numa estrada dirigindo um carro a 70km/h e observa pelo retrovisor outro carro vindo a uma velocidade de 80km/h. Podemos pensar, nesse caso que o carro mais veloz se aproxima com uma velocidade de 80km/h - 70km/h = 10 km/h.

Se os móveis estiverem se deslocando no mesmo sentido o módulo da velocidade relativa Vab será o módulo da diferença entre as velocidade Vab= Va-Vb.

Se os móveis estiverem se deslocando em sentido contrário o módulo da velocidade relativa será a soma dos módulos de suas velocidades. Vab= Va+ Vb

Gráfico do MRU

A função horária das posições para o movimento uniforme é S = So + Vt

1º) velocidade positiva (V>0)

Quando a velocidade é positiva o móvel caminha no sentido positivo da trajetória, isto é, as posições crescem algebricamente no decorrer do tempo.

2º) Velocidade negativa (V<0)

A velocidade indica que o móvel caminha no sentido contrário na trajetória, isto é, as posições decrescem algebricamente no decorrer do tempo. 

OBS: O VALOR DA ORDENADA EM QUE A RETA CORTA O EIXO DAS POSIÇÕES REPRESENTA O VALOR DA POSIÇÃO INICIAL DO MÓVEL. SE O CORPO NÃO ESTIVER EM MOVIMENTO, ISTO É, V= 0 A POSIÇÃO DO MÓVEL SERÁ SEMPRE A MESMA COM O PASSAR DO TEMPO. 

• No gráfico S = f (t) a tangente do ângulo do triângulo retângulo construído é numericamente igual à velocidade. 

OBS: Quanto maior for a velocidade do móvel o que significa percorrer maior espaço num menor intervalo de tempo, maior será a inclinação da reta do gráfico, resultando um maior ângulo. Ao calcular a tangente o mesmo, obtemos a velocidade do móvel. O raciocínio inverso é exatamente o mesmo, ou seja, menor velocidade implica um ângulo menor no gráfico. 

Gráfico da velocidade em função do tempo

No movimento uniforme, como a velocidade é constante e não nula, o gráfico é representado por uma reta paralela ao eixo do tempo.

O espaço percorrido por um móvel pode ser determinado pela área do gráfico. 

OBS: o espaço percorrido pode ser positivo ou negativo se a área estiver acima ou abaixo do eixo do tempo.

Quando o corpo não estiver em movimento o gráfico será coincidente com o eixo do tempo.

Movimento uniformemente variado

Na maioria dos movimentos a que estamos acostumados a observar, a velocidade em geral não permanece constante, variando, portanto, no decorrer do tempo. É chamado de movimento variado.

EX: Automóvel no trânsito de uma cidade. Imagine que ao atingir 60km, o motorista aviste uma pessoa atravessando a faixa de pedestre à sua frente. Diante disso, ele pisa no freio e a velocidade do carro diminui até parrar. O quociente entre a variação da velocidade e o intervalo de tempo em que essa variação ocorreu chama-se aceleração escalar. Durante o tempo em que o motorista pisava no acelerador do automóvel a velocidade mudava, aumentando. Quando pisava no freio, a velocidade também variava diminuindo.

Aceleração escalar

Um carro, num certo instante, está a uma velocidade de 60Km/h. Se 2s após o piloto pisar no acelerador o velocímetro indicar 90Km/h podemos afirmar que a velocidade do carro aumentou 30km/h em 2s. Assim, dizemos que houve aceleração. 

As unidade de medida mais comum da aceleração são: m/s², cm/s² e km/h² no SI a unidade mais usada é m/s².

Aceleração escalar instantânea

Imagine um carro de fórmula 1 acelerado numa longa reta. Para obter melhor rendimento os engenheiros devem considerar com o máximo de rigor e detalhes todas as informações que o conjunto vão determinar o funcionamento desse carro. Para analisar o desempenho do motor na reta, por exemplo, os engenheiros levam em conta não apenas os valores iniciais e final da velocidade no trecho, mas também quanto a velocidade varia instante a instante. É possível que o carro apresente aceleração maior no início da reta do que no final dela.

De acordo os sinais da velocidade escalar e da aceleração escalar, podemos ter dois tipos de movimentos: movimento acelerado e movimento retardado.

O movimento acelerado: o módulo da velocidade escalar no decorrer do tempo aumenta. Isso ocorre porque a velocidade escalar e a aceleração têm o mesmo sinal.

O movimento retardado: o módulo da velocidade escalar diminui no decorrer do tempo. Isso ocorre quando a velocidade escalar e a aceleração têm sinais contrários.

MOVIMENTO UNIFORMEMENTE VARIADO

Nosso estudo está nos capacitando a analisar movimentos complexos como o movimento de uma pessoa caminhando por um terreno acidentado. Há momentos em que ela consegue manter sua velocidade constante (movimento variado) e outros em que ela é obrigada a modificar sua velocidade (movimento retardado). Nos trechos em que a velocidade escalar varia uniformemente com o tempo, isto é, tem variação iguais em intervalos de tempo iguais, temos o movimento uniformemente variado ou MUV. 

Função horária

POSIÇÃO EM FUNÇÃO DO TEMPO

FÓRMULA DE TORRICELLI

Gráfico do MUV

Aceleração positiva e negativa

A área limitada é igual ao espaço percorrido

A tangente do ângulo representa a aceleração.

Posição em função do tempo

Aceleração em função do tempo

Como apresentar um seminário

Como estruturar um seminário

Carga elétrica e eletricidade

Você já percebeu que quando o ar está mais seco o cabelo fica eriçado ao ser penteado? Alguma vez você sentiu um choque ao encostar-se em algum objeto metálico, como um automóvel?

* Atrás de todos esses fenômenos estão as cargas elétricas e as forças produzidas por elas.

DESCOBERTA DO ELÉTRON

Por volta de 624 a. C- 556 a.C Tales de Mileto notou que ao atritar um pedaço de âmbar no pelo de um animal, o âmbar atraia outros objetos, como penas e pedacinhos de palha. Como a palavra grega correspondente a âmbar é élektron dizemos que esses corpos, quando atritados "estão eletrizados" e dela derivam as palavras elétron e eletricidade. 

No entanto, as mesmas propriedades do âmbar só foram estudadas com mais detalhes no século XVI por William Gilbert que observou o mesmo efeito em diversos outros materiais, como vidro, enxofre, seda, lã entre outros. Em 1672, o alemão Otto von Guericke construiu o primeiro gerados de cargas elétricas. O dispositivo consistia em uma esfera de enxofre que, ao ser girada por uma manivela e esfregada com a mão ou com um pedaço de couro seco, produzia grande quantidade de eletricidade estática, capaz de atrair pequenos objetos, como pedaços de palha, papel e penas.

Em 1729 Stephen Gray descobriu que a eletricidade pode fluir de um corpo para outro, Gray observou que alguns materiais permitiam a condução da eletricidade, e outros não. Nessa época Fay realizou um experimento em que atraia uma fina folha de ouro com um bastão de vidro atritado. Porém, ao encostar o bastão na folha, esta era repelida. Na época acreditava-se que a eletricidade fosse um fluído, que passava de um corpo a outro. Haveria dois tipos de fluídos: eletricidade vítrea ou positiva e a eletricidade resinosa ou negativa. 

A ideia dos dois fluídos permaneceu até  1750 quando Benjamin Franklin estabeleceu que os dois tipos de eletricidade existiam em um único fluido em qualquer corpo. Parte do que ele descobriu veio de sua famosa e perigosa experiência com uma pipa empinada em um dia de tempestade. Franklin propôs uma teoria que considerava a carga elétrica um único fluido elétrico que podia ser transferido de um corpo para o outro: o corpo que perdia esse fluído ficava com falta de carga elétrica e o que recebia com excesso de carga elétrica. Hoje sabemos que um corpo com excesso de elétrons está eletrizado negativamente e um corpo com falta de elétrons encontra-se eletrizado positivamente.
A eletricidade começou a se desenvolver rapidamente com as descobertas de Alessandro Volta, os trabalhos de John Dalton, Hans Christian Orested, André Marie Ampère, Michael Faraday, Georg Simon Ohm  e Gustav Kirchhoff. 

Algumas experiências e trabalhos realizados no final do século XIX foram fundamentais para modificar a visão que se tinha dos fenômenos elétricos. Entre eles se destacam a descoberta do elétron como constituinte da matéria, feita por Joseph John Thomson, a comprovação experimental da existência do átomos e moléculas de Jean Baptiste Perin e o modelo planetário de Ernest Rutherford, assim, os fenômenos elétricos ganharam consistência maior com o modelo baseado na estrutura atômica da matéria.

CARGA ELÉTRICA

Sabemos hoje que a matéria é formada de átomos que são inúmeras partículas menores que chamamos de próton, nêutron e o elétron. Os prótons e nêutrons estão arranjados na pequeníssima região central que constitui o núcleo do átomo. Os elétrons, por sua vez, deslocam-se rapidamente em torno do núcleo do átomo, distribuídos em diversos níveis de energia localizados numa região denominada eletrosfera.

Experiências revelaram que os prótons e os elétrons são partículas eletrizadas que apresentam comportamentos opostos, mas com igual intensidade. Os nêutrons por sua vez são partículas eletricamente neutras. Entretanto, em valor absoluto, as cargas elétricas do próton e do elétron são iguais. Esse valor absoluto é denominado carga elétrica elementar e é simbolizada por "e". Recebe o nome de elementar porque é a menor quantidade de carga que podemos encontrar isolada na natureza. Convencionou-se estabelecer que a carga elétrica associada ao próton é positiva, enquanto a carga elétrica associada ao elétron é negativa. É o equilíbrio entre o número total de prótons no núcleo e o número total de elétrons na eletrosfera que torna o átomo eletricamente neutro. Quando esse equilíbrio é rompido, caso em que o átomo perde ou ganha elétrons ele se transforma em íons.

Átomo

Na+ íonspositivo (perde elétrons) e Cl- íon negativo (ganha elétrons)

Em 1897 o Físico inglês J.J Thomson descobriu o elétron e determinou experimentalmente o quociente entre a massa m e o valor absoluto da carga representada por e. 

m = 5,70. 10-¹² kg/C                                                                                                                                  

 e

Entre 1906 e 1913 o físico Robert Andrews Millikan conseguiu estabelecer experimentalmente que a carga do elétron é a menor carga elétrica e portanto indivisível seu valor é:

Para calcular a quantidade de carga elétrica Q em excesso ou em falta é dado a seguinte equação:

Com base nos resultados de J.J Thomson e Millikan foi possível determinar a massa dessa partícula:

m = 9,1314.10-³¹ Kg

1) Assista o documentário sobre a descoberta da eletricidade e dê sua opinião sobre o uso de animais e seres humanos nas descobertas científicas e o papel da igreja naquele tempo e nos dias atuais. Discuta também a rivalidade entre os cientistas existentes naquela época. 

Princípio da atração e repulsão

Imagine a seguinte experiência: duas barras de vidro suspensas por um fio de náilon, próximas entre si, são atritadas com um pano de seda. As barras se eletrizam positivamente e ao serem abandonadas elas se repelem. Agora imaginamos que duas barras de celuloide sejam atritadas com lã. Nesse caso, as barras são eletrizadas negativamente e ao serem abandonadas se repelem. Entretanto, se aproximarmos as barras de vidro e a de celuloide depois de atritadas elas se atraem. Assim, podemos enunciar a primeira lei fundamental da eletrostática:

Princípio da atração e repulsão: Cargas elétricas da mesma espécie (mesmo sinal) se repelem e cargas elétricas de espécies diferentes (sinais contrários) se atraem. 

Princípio da conservação das cargas elétricas: a soma algébrica das cargas elétricas existentes em um sistema eletricamente isolado é constante. 

Portanto, se em um sistema eletricamente isolado houver corpos com pelo menos um deles eletrizado, poderão ocorrer trocas de cargas elétricas entre eles, mas a soma algébrica dessas cargas será a mesma antes, durante e depois das trocas. 

Condutores e isolantes 

Em alguns corpos, podemos encontrar portadores de cargas elétricas com grande liberdade de movimentação. Esses corpos são denominados condutores elétricos. Nos demais, essa liberdade de movimentação praticamente não existe; esses corpos são denominados isolantes elétricos ou dielétricos. Tanto um condutor como um isolante podem ser eletrizados. É importante observar, porém que, no isolante, a carga elétrica em excesso permanece exclusivamente no local onde se deu o processo de eletrização, enquanto no condutor essa carga busca uma situação de equilíbrio, distribuindo-se em sua superfície externa.
Os metais, a grafita, os gases ionizados e as soluções eletrolíticas são exemplos de condutores elétricos. O ar, o vidro, a borracha, a porcelana, os plásticos, o algodão, a seda, a lã, as resinas, a água pura e o enxofre são exemplos de isolantes elétricos. 

Há um grupo de materiais especiais que se classificam entre os condutores e os isolantes: São chamados de semicondutores. Desses, os principais são o germânio e o silício que podem ser transformados em um excelente condutores elétricos quando se adiciona uma pequena porcentagem de átomos de outros elementos como o boro e o arsênio. As vantagens dos semicondutores é seu pequeno tamanho, o que permite a fabricação de transistores, leds e chips. 

Eletrização por atrito ou triboeletrização

1.  dois corpos de materiais diferentes atritados entre si;
2. transferência de elétrons de um corpo para o outro;
3. Final da eletrização os corpos adquirem cargas elétricas de mesmo valor absoluto, porém de sinal contrário;
4. Não há criação de cargas, apenas a transferência de uma para outro;
5. Perde elétrons o material cujos núcleos atômicos exercem menor força sobre os elétrons periféricos.

Série triboelétrica

Eletrização por contato

1. Um corpo eletrizado (positivo ou negativo) e um corpo neutro;
2. Final do contato os corpos ficam com o mesmo sinal;
3. QA + QB = Q'A + Q'B

Q1 + Q2

2

Contato entre um condutor eletrizado e a Terra

A carga elétrica em excesso num condutor pode ser escoada para a Terra tanto através do ar úmido, que é condutor, como pela conexão direta com o solo terrestre, realizada por algo capaz de conduzir cargas elétricas, como o corpo humano ou um fio metálico.
Quando se faz o contato entre um corpo eletrizado e o solo, tanto um como outro ficam eletrizados. Lembre que a redistribuição das cargas é proporcional às dimensões dos corpos envolvidos. Como as dimensões do corpo são desprezíveis em comparação com a dimensão da Terra, a carga elétrica que nele permanece é praticamente nula. Assim, ao ligarmos um condutor eletrizado à Terra, dizemos que ele se descarrega ou que fica eletricamente neutro.

Eletrização por Indução

1. Corpo neutro e um eletrizado
2. separação das cargas do corpo neutro pelo corpo eletrizado;

Pense agora no que acontece se ligarmos o induzido ao solo enquanto o indutor estiver próximo. Os elétrons livres do Induzido escoam para a Terra. Desfazendo o contato com a Terra e, em seguida, afastando o indutor, o induzido ficará eletrizado positivamente. Assim, o induzido quando ligado a um fio terra, se eletriza sempre com carga de sinal contrário à do indutor.

Outro exemplo é a eletrização por indução de dois corpos condutores que estão em contato mútuo e inicialmente neutros. Suponhamos que aproximemos da esfera A um corpo eletrizado com cargas positivas. Nessa situação, os elétrons lives tanto de A como de B serão atraídos pelo corpo eletrizado e ficarão acumulados na região A voltada para o corpo, enquanto na região aposta B haverá falta de elétrons. Eliminando o contato entre A e B e afastando o corpo eletrizado, as duas esferas ficarão eletrizadas com cargas de sinais contrários.

Eletroscópio

É um dispositivo que pode determinar se o objeto está ou não eletrizado. Os eletroscópios mais comuns são o pêndulo eletrostático e o eletroscópio de folhas ou de lâminas. 

DICA: Como construir um eletroscópio.

SIMULAÇÃO ELETRIZAÇÃO POR ATRITO

SIMULAÇÃO JOHN TRAVOLTAGEM







EXEMPLO DE RELATÓRIO

INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO

CIÊNCIA E TECNOLOGIA DO RIO GRANDE DO SUL

BALANÇA DE COULOMB

                                                                         

                                                                                                                         Daiane                                                                             

                                                                                                          

LAGES

2018

Lei de Coulomb

1-Introdução

Charles Augustin Coulomb desenvolveu uma teoria que chamamos hoje de Lei de Coulomb. A Lei de Coulomb trata da força de interação entre as partículas eletrizadas, as partículas de mesmo sinal se repelem e as de sinais opostos se atraem.

O físico Charles Coulomb utilizou para estudar estas forças, um equipamento que ele mesmo desenvolveu. A balança de torção. Este equipamento consiste em um mecanismo que calcula a intensidade do torque sofrido por uma partícula que sofre repulsão.

Esta lei, formulada por Charles Augustin Coulomb, refere-se às forças de interação (atração e repulsão) entre duas cargas elétricas puntiformes, ou seja, com dimensão e massa desprezível.

Lembrando que, pelo princípio de atração e repulsão, cargas com sinais opostos são atraídas e com sinais iguais são repelidas, mas estas forças de interação têm intensidade igual, independente do sentido para onde o vetor que as descreve aponta.
O que a Lei de Coulomb enuncia é que a “intensidade da força elétrica de interação entre cargas puntiformes é diretamente proporcional ao produto dos módulos de cada carga e inversamente proporcional ao quadrado da distância que as separa”. 

2.Objetivo

O objetivo da experiência a ser realizada com este instrumento é a verificação da lei de Coulomb. Procuraremos determinar o ângulo de torção conforme a distância entre as cargas.

3.Material necessário:

Balança de Coulomb

4. PROCEDIMENTOS

4.1- - I-Calibrar a balança.

II- Determinar a distância que será usada entre as esferas.

III- As esferas devem estar descarregadas para isso utiliza-se, um fio terra para descarrega-las. Em seguida com um fio eletrizado tocamos as esferas carregando-as eletricamente com cargas de sinal negativo, as esferas então vão se repelir uma vez, que a carga de ambas é do mesmo sinal.

IV- Quando as esferas se repelem, achar o ângulo de torção , o ângulo de torção do fio, corresponde à nova posição de equilíbrio que será menor tanto quanto a distância for aumentada.

V- Repetir o experimento com dez distâncias diferentes, sendo necessárias três medidas, cada experimento.

VI-Para que a experiência seja bem sucedida, será conveniente a secagem do  local, para isso utilize uma estufa que retirará a umidade do ambiente.

VII- Fazer a média entre os três valores encontrados.

VIII- Tabelar valores

θ (º)	d (cm)	F (N)	Q ( C )
0	0	4,5E-06	0
184	0,03	0,000271	5,20609E-09
153	0,05	0,000226	7,92548E-09
110	0,07	0,000164	9,44465E-09
78	0,09	0,000117	1,02828E-08
48	0,11	7,4E-05	9,97629E-09
42	0,13	6,53E-05	1,10764E-08
30	0,15	4,8E-05	1,09492E-08
23	0,17	3,78E-05	1,10192E-08
20	0,19	3,35E-05	1,15863E-08
16	0,21	2,77E-05	1,16448E-08
10	0,23	1,9E-05	1,05628E-08

Erro experimental:

·       Erro na determinação do ângulo;

·       Erro de cálculos e fórmulas;

Considerações finais:           

Podemos tirar algumas conclusões sobre a Lei de Coulomb observando os gráficos acima, que relaciona o valor da força elétrica de interação entre partículas eletrizadas com suas cargas elétricas e com a distância que as separa. A relação entre a força e distância é uma relação inversamente proporcional, quando aumentamos a distância entre as partículas a força elétrica diminui da mesma forma que diminui o ângulo . Em contrapartida conforme aumenta- se a distância aumenta também a carga, pois essas duas grandezas são diretamente proporcionais.

Bibliografia:

Young, Hugh D; Freedman, Roger A. Física I: 12ª ed. São Paulo: Addison Wesley, 2008.

http://www.sofisica.com.br/conteudos/Eletromagnetismo/Eletrostatica/leidecoulomb.php

http://www.portalsaofrancisco.com.br/alfa/fisica/lei-de-coulomb.php