Trabalho de Fisica Eletrostática

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Física Teórica Experimental III
	
	Professora: Erica Carvalho
	
	Campus – Vila dos Remédios 
ELETROSTÁTICA
Ivanildo Garcia das Neves, RA: 201803558261
Rafael Lemos, RA: 201703015533
Rafael Narciso Juraiti, RA: 201609063023
Lista de figuras
Materiais experimento 1 .................................................................................................5
Experimento 1 .................................................................................................................5
Materiais experimento 2 .................................................................................................5
Experimento 2 parte I ......................................................................................................6
Experimento 2 parte II .....................................................................................................6
Eletroscópio .....................................................................................................................7
Simulação 1 .....................................................................................................................7
Simulação 2 .....................................................................................................................8
Simulação 3 .....................................................................................................................8
Simulação 4 .....................................................................................................................9
Gol livre ...........................................................................................................................9
Uma barreira ...................................................................................................................9
Duas barreiras ...............................................................................................................10
Três barreiras .................................................................................................................10
Massa alterada ..............................................................................................................11
Massa alterada 2 ...........................................................................................................11
Introdução
Eletrostática
Atribui-se o nome de Eletrostática à partição científica da Física que estuda o comportamento de cargas elétricas em repouso e os fenômenos decorrentes deste estado.
Dentre os diversos estudiosos que contribuíram para os aprofundamentos desta área, dois cientistas específicos destacam-se por suas descobertas fundamentais, tratam-se do Físico Francês Charles Augustin de Coulomb, responsável pelas principais Leis de estudo da Elétrica e do Magnetismo, e o físico Alemão Carl Friedrich Gauss, responsável pelos estudos oriundos da corrente elétrica e de campo, tendo como base as leis antecedentes Coulomb. 
Segundo os estudos contidos em TIPLER, as áreas de estudo da Eletrostática são amplamente definidas pelos estudos de Gauss, que definiu em seus teoremas o sentido resultante dos campos elétricos em corpos com mais variados formatos. O comportamento das linhas resultantes de campo, quando existentes em uma linha contínua, produz efeito distinto se o corpo em questão possuir formato anelar ou esférico, onde nestes últimos as cargas elétricas movimentam-se em suas superfícies e não em seu interior. A Eletrostática visa estudar os efeitos produzidos nas cargas que pertencem e que permanecerão nos materiais, porém, que podem ter influência sobre outros corpos que estejam expostos ou em contato tais cargas. 
Observando-se ainda TIPLER, materiais condutores possuem uma infinidade de cargas elétricas, cujo quantitativo varia conforme a característica específica de cada material. As cargas são propriedades construtivas e intrínsecas de cada material, e sua existência independe de outros fenômenos. Quando analisados os estudos de Gauss, caso exista uma força resultante nas cargas livres presentes em um material, ocorrerá um fenômeno denominado corrente elétrica momentânea que motivará as cargas a buscarem equilíbrio, denominado equilíbrio eletrostático. O movimento das cargas na estrutura do condutor, provocado pela força resultante de equilíbrio promove o campo elétrico. 
Por fim, TIPLER ressalta que a Eletrostática define o sentido das forças de corpos carregados, que irão variar de acordo com o potencial das cargas neles contidas. De acordo com as leis de Coulomb aprofundadas por Gauss, corpos que possuam cargas de mesma polaridade tendem a se repelir, haja visto que o sentido das linhas de campo por eles produzidas contribuirá para este fato. De modo contrário, caso as cargas dos corpos possuam polaridades distintas, a tendência é que os corpos se atraiam, pois as linhas de campo terão sentido inverso produzindo efeito com sentido de força contrária. A atração ou repulsão permanecerá nos corpos até que os átomos de ambos se equilibrem ou enquanto a força permanecer sobre os corpos. 
Procedimento Experimental
Experimentos
FENÔMENOS ELETROSTÁTICOS 
 Atração entre dois materiais
Material: canudo, papel sulfite picado e papel toalha.
Figura 1: materiais experimento 1.
Procedimento: Corte o papel sulfite em pequenos pedaços, atrite o canudo com o papel toalha e aproxime o canudo dos pedaços de papel sulfite sem tocá-los.
Figura 2: experimento 1.
 Repulsão entre dois materiais
Material: dois canudos, papel toalha e linha.
Figura 3: materiais experimento 2.
Procedimento: Amarre um canudo em cada extremidade da linha, suspenda e verifique que eles ficam próximos. 
Figura 4: experimento 2 parte I.
Atrite os canudos, um de cada vez, com o papel toalha e suspenda novamente. 
Figura 5: experimento 2 parte II.
Neste experimento, podemos observar que os canudos se repelem devido estarem eletrizados com mesmo sinal.
O mesmo ocorre se ao invés de papel utilizar vidro, cabelo, plástico PVC, lã, entre outros materiais.
 Eletroscópio de folhas
Versorium
Instrumento criado pelo médico Inglês William Gilbert para detectar corpos eletrizados, mais tarde esse instrumento foi substituído pelo eletroscópio.
Eletroscópio de folhas
Instrumento utilizado para determinar se um corpo está eletrizado, o qual é constituído de uma haste de material condutor com uma esfera metálica em uma das extremidades e na outra extremidade 2 folhas metálicas, est haste é fixada em um material isolante (como uma garrafa de vidro).
Se aproximarmos um material carregado da esfera condutora. Por indução, as cargas de mesmo sinal do material eletrizado são repelidas para as duas folhas metálicas. Como as folhas ficam carregadas com cargas de mesmo sinal, elas tendem a se repelir, como mostra a figura a seguir:
 
Figura 6: Eletroscópio.
Com a utilização de um eletroscópio de folhas, é possível determinar o módulo da carga induzida de forma qualitativa, ou seja, quanto mais as folhas de metal se afastam, mais carga elas receberam.
CAMPO ELÉTRICO
 Cargas imersas em um Campo Elétrico
Figura 7: simulação 1.
Nesta primeira simulação, podemos observar que o sentido do campo vai em direção à carga, portanto se trata de uma carga negativa.
Figura 8: simulação 2.
Nesta segunda simulação, podemos observar que a segunda carga também possui sinal negativo, a qual realiza uma força de repulsão entre as duas cargas.
Figura 9: simulação 3.
Nesta simulação, podemos observar que intensificando e alterando a orientação do campo aumenta a força realizada sobre a carga.
Figura 10: simulação 4.
Alterando o sinal e a massa da carga, mas mantendo a mesma intensidade e orientação de campo, podemos observar que a existe uma perda de velocidade e o sentido da força se inverte.
 Hockey por Campo Elétrico 
 Observe edescreva como uma única carga pode levar o disco ao gol. 
Figura 11: gol livre.
Foi observado que ao inserir uma carga negativa na mesma direção do gol, ao iniciar a simulação o disco caminha até o gol de acordo com as linhas do campo eletromagnético.
 Coloque uma barreira (dificuldade 1) e distribua cargas positivas e negativas com o objetivo de fazer um gol. 
Figura 12: uma barreira.
Foi observado nesta etapa que com a distribuição de cargas positivas e negativas a linhas de campo se orientam de acordo com a polaridade das cargas, assim movimentando o disco de uma forma que desviasse do obstáculo e chegasse ao gol.
 Repita esses procedimentos com mais barreiras (dificuldades 2 e 3) no jogo pra aumentar o nível de dificuldade. 
Figura 13: duas barreiras.
Figura 14: três barreiras.
 Verifique como a alteração na massa do disco pode alterar seu resultado. 
Figura 15: massa alterada.
Nesta simulação foi utilizado um disco com massa de 25 unidades, onde observamos o trajeto deste corpo guiado pelas linhas do campo eletromagnético causado pelas cargas positivas e negativas espalhadas na área de experimento virtual.
Figura 16: massa alterada 2.
Se a massa não é uma variável na equação que representa a Lei de Coulomb, por que ela altera o resultado? 
Nesta simulação foi utilizado um disco com massa de 100 unidades nas mesmas condições da simulação anterior, onde foi possível observar que a sua trajetória não houve alterações, porém foi identificado perda de velocidade no movimento do disco.
Conclusão
Neste trabalho realizamos duas experiências em laboratório, onde em uma podemos observar a atração entre dois materiais pelo processo de eletrização por atrito em um canudo friccionado em uma folha de papel toalha, processo o qual permitiu gerar uma carga suficiente para atrair as tiras de papel sulfite para o canudo.
Na segunda experiência podemos observar a repulsão entre dois materiais, também por processo de eletrização por atrito entre canudos plástico e uma folha de papel toalha, após a eletrização foi suspenso os canudos tendo suas extremidades fixadas em uma linha, o qual demonstrou o fenômeno de repulsão, onde os canudos se repeliam um do outro.
Foi realizada uma breve pesquisa sobre Eletroscópio, onde podemos compreender sua estrutura e sua funcionalidade, a qual entendemos que se trata de um equipamento utilizado para determinar se um corpo está ou não eletrizado, podendo também identificar a amplitude desta carga.
Através da plataforma de simulações da Universidade do colorado, podemos realizar uma série de simulações, as quais observamos como as cargas se comportam se imersas em um campo elétrico e assim identificar quais os sinais destas cargas.
Em outro tipo de simulação nesta mesma plataforma, podemos manipular o campo elétrico utilizando cargas positivas e negativas com o objetivo de desviar a trajetória de um disco metálico e guia-lo até determinado ponto da área observada.
Foi realizado na experiência 1, a mistura de dois líquidos diferentes. Onde um dos líquidos por ser volátil , foi necessário realizar a medida da sua massa o mais rapidamente possível, pois observamos que ele evaporava muita rapidamente, mudando assim a sua massa.
Já na segunda experiência determinamos através das medidas dos pesos, diâmetro e espessura de moedas de R$ 0,10 e R$ 0,50 , se elas eram fabricadas do mesmo material. Determinamos assim que a moeda de R$ 0,10 foi fabricada com aço revestido de bronze por sua vez a de R$ 0,25 centavos foi fabricada com aço inoxidável.
Nos tempos nórdicos contam os livros que um rei mandou um artesão fabricar uma coroa de ouro puro. Após o artesão lhe entregar a coroa, o rei desconfiado que o artesão não tinha feito ela de ouro puro, solicitou a Arquimedes que descobrisse se ela não tinha sido feito com outro material.
Arquimedes tomando banho descobriu o empuxo, o qual é o tema da nossa terceira experiência. Ele observou que ao mergulhar o seu corpo na banheira a agua subia transbordando. Ficou então feliz pois tinha descobrindo um jeito de determinar se a coroa foi ou não feita com ouro puro.
Assim como Arquimedes mergulhos um corpo solido em um recipiente com liquido, e medimos o tanto que esse liquido se deslocou, com base nessa diferença determinamos o empuxo ocorrido sobre este experimento.
Fontes
Artigo Estação Cientifica UNIFAP, pesquisado em 17/09/2018. https://periodicos.unifap.br/index.php/estacao/article/view/126
Simulação Universidade do Colorado realiza em 18/09/2018. https://phet.colorado.edu/pt_BR/simulation/legacy/electric-hockey
Simulação Universidade do Colorado realiza em 19/09/2018. http://phet.colorado.edu/sims/efield/efield_pt_BR.jnlp
TIPLER, Paul A; MOSCA, Gene – Física Para Cientistas e Engenheiros; 6ª edição. Vol II. Rio de Janeiro, LTC. 2015.