relatório 3

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Experimento 3 – Simulação de Cargas Pontuais 
Simulação do PhET
Engenharia de Controle e Automação
	
Integrantes:
 
Simulação de cargas pontuais – Simulação no PhET
São Paulo, 2018
Relatório entregue como requisito de nota parcial à disciplina de Física Experimental 2 (FE2) do curso de Engenharia de Controle e Automação do Instituto Federal de São Paulo.
Orientador: 
1. Introdução
No estudo de cargas pontuais, nota-se que a interação não ocorre diretamente entre corpos como na mecânica, mas sim, entre campos de força emitidos por corpos carregados. [2]
	Assim como na gravitação, a distância entre os corpos carregados é afetada pelo quadrado da distância entre si, sendo também necessária uma constante para efeito de neutralização do cálculo, dependendo do meio onde o experimento está ocorrendo, sendo o mais usual o vácuo. [2]
	Se tivermos uma carga imaginária no vácuo, esta carga emitirá linhas de campo radialmente, as quais virão a existir com ou a sem a presença de uma carga secundária, assim como a gravidade não depende de outro corpo. [3]
	As linhas do campo de força de uma carga pontual são constantes, portanto, é possível traçar uma região oca na qual o potencial é constante para um dado valor X pré-definido, fato que é verdadeiro mesmo quando há interação entre cargas. Pode-se perceber isto nas próximas imagens onde se observa as linhas equipotenciais. [3] [4]
	Quando adicionamos novas cargas ao experimento, percebemos que os campos elétricos começam a interagir entre si, dependendo da relação entre as cargas (positivas ou negativas) ocorre atração ou repulsão. [4]
	Com uma carga de prova podemos conferir como está o campo elétrico naquele ponto, sendo possível calcular a resultante através de uma simples soma vetorial naquele ponto. Desta forma, o ponto equidistante entre as cargas será nulo. [4]
2.  Objetivos
Utilizando o ambiente de simulação PhET estudar o comportamento de cargas pontuais e seus respectivos campos de atuação, observando a interação entre diversas cargas em configurações distintas.
	Também se buscou a previsibilidade dos eventos através de cálculos com embasamento teórico, comparando os resultados com os valores obtidos em ambiente de simulação.
3.  Materiais Utilizados
- Ambiente de simulação PhET
4.  Procedimento Experimental
O procedimento experimental será dividido em quatro partes devido às orientações seguidas no roteiro entregue ao grupo.
As funções básicas do programa são vistas na “Fig.1”.
Fig.1 Funções Básicas
Fonte: [1]
4.1 Parte 1- Equipotenciais e campo elétrico devido a duas cargas pontuais
Duas cargas elétricas, uma positiva (azul) e uma negativa (vermelha), foram posicionadas no centro da tela, de modo que houvesse uma distância de aproximadamente 250 cm ente elas. (A distância pôde ser mensurada com o apoio da função “trena” do programa).
	Logo após, o sensor de voltagens foi arrastado para uma região próxima das cargas e então selecionou-se o “lápis“, assim, pôde-se notar que surgiu uma linha equipotencial ao redor da carga mais próxima. Esse processo foi feito três vezes para cada carga, de maneira que as voltagens dessas linhas de campo tivessem, em módulo, o mesmo valor nas duas cargas. Além disso, o sensor de voltagem foi posto em uma região que indicasse a voltagem 0.0v, e criaram-se quatro linhas equipotenciais nessas redondezas.
 	
4.2 Parte 2 - Determinação do Campo Elétrico
	Para determinar o campo elétrico duas linhas equipotenciais vizinhas foram selecionadas, no caso, as voltagens das linhas eram de V1= 14 V e V2= 8 V.
	O campo elétrico de uma carga pontual sobre uma linha equipotencial pôde ser determinado como sendo (1) , com ΔV= V2 – V1, e Δd é a distância entre duas cargas equipotenciais. Ademais, o resultado foi comparado com o obtido pela formula usual do campo elétrico, que seria; (2) .
	Cinco sensores foram postos ao longo das equipotenciais puderam-se observar as previsões do campo elétrico estavam corretas.
4.3 Parte 3 - Equipotenciais devido a duas barras paralelas de cargas (simulando um “capacitor de placas paralelas”) 
	Construíram-se duas barras (uma positiva e outra negativa) paralelas agrupando cargas pontuais uma em cima da outra, no caso, 10 cargas em cada barra, havendo 250 cm entre as barras. Em seguida, foram construídas três equipotenciais ao redor de cada barra e quatro na região entre elas, sendo possível determinar e esboçar o vetor campo elétrico. A “Fig.2” demonstra esse sistema.
Fig.2 Barras de cargas e suas equipotenciais
Fonte: [1]
4.4 Parte 4 - Equipotenciais de uma barra de cargas e uma carga pontual 
	Nessa etapa, organizaram-se as cargas de modo que representassem uma barra e uma carga pontual com uma distância de 250 cm entre elas, (como visto na “Fig. 3)”, sendo que a barra era constituída por 10 cargas negativas e a carga pontual positiva, e assim como nas etapas anteriores, pode-se determinar o vetor campo elétrico. 
Fig. 3 Carga pontual e barra de cargas
Fonte: [1]
5.  Resultados e Discussões
	Tendo em mente que o tópico “Procedimento Experimental” foi organizado em quatro partes, torna-se conveniente, a também divisão dos resultados.
5.1 Parte 1 
Seguindo as orientações do roteiro experimental entregue ao grupo, pode-se chegar à configuração apresentada na “Fig. 4”, onde é possível ver duas cargas (uma positiva e outra negativa) a uma determinada distância e três linhas equipotenciais ao redor de cada uma delas, possuindo, em módulo, o mesmo valor. Além disso, quatro linhas equipotenciais foram construídas entre as cargas, com o intuito de terem o potencial eletrico igual a 0.0V. 
Fig. 4 – Duas Cargas Pontuais
Fonte: [1]
5.2 Parte 2
A “Tabela 1” apresenta os dados iniciais desta etapa, sendo “Vn” a voltagem da equipotencial e “dn” a distancia da equipotencial até a carga. 
Tabela 1. Valores iniciais
	V1 = 14,00 0,05V
	d1 = 0,636 0,005 m
	ΔV = 2,00 0,05 V
	V2 = 8,00 0,05 V
	d2 = 1,127 0,005 m
	Δd = 0,491 0,005
Fonte: Autores
Depois de obtidos os dados da “tabela 1”, pode-se chegar ao campo elétrico, sendo que, quando a equação (1) foi utilizada o resultado conquistado foi de 21,65 V/m e quando se aplicou a equação (2) chegou-se ao campo de 22,25 V/m. 
Para melhor representação do resultado atingido, torna-se viável a apresentação da “Fig. 5”, onde é vista uma carga pontual e suas linhas equipotenciais que corroboram os dados apresentados pelo grupo. 
Fig. 5 Carga pontual e suas equipotenciais
Fonte: [1]
5.3 Parte 3	
	Na terceira etapa, onde haviam duas placas formadas por cargas positivas e negativas, os sensores foram postos sob as equipotenciais e pode-se notar que todas as cargas geravam um campo que tinha um correspondente radialmente oposto, de maneira que essas componentes “se anulassem” no eixo Y e gerasse uma resultante no eixo X (como visto na “Fig.6”), assim, o campo elétrico foi calculado para região interna de cada equipotencial. Sendo a primeira (a mais interna) com = 284,9 6,1 N/C, = 259,63 5,6 N/C e = 375,0 7,4 N/C.
Fig. 6 - Placas de cargas e sensores
Fonte: [1]
5.4 Parte 4
	Assim como visto na etapa anterior, as resultantes do campo elétrico eram sempre no eixo X, e geraram o sistema visto na “Fig. 7”, destacando-se, ainda, o campo elétrico calculado em três pontos diferentes, como sendo = 103,0 2,5 N/C, = 142,2 3,1 N/C e = 174,6 4,2 N/C.
Fig. 8 Carga pontual com barra e linhas de campo
Fonte: [1]
6.  Conclusões
 Graças ao ambiente virtual foi possível analisar as cargas individuais e seus campos elétricos, é possível notar que além da influência de cada campo elétrico sobre os sensores, há uma interação entre os próprios campos e como fruto dessa interação de cargas é perceptível, por meio dos sensores, a formação de vetores em variados pontos simétricos os quais suas forças se anulam gerando uma região de força nula. O campo elétrico possui uma dinâmicasemelhante ao campo gravitacional já que sua força está relacionada a proximidade do objeto a carga.
 No caso da interação entre uma única carga e uma barra de cargas não há uma área de força nula, mas graças aos sensores é visível vetores de forças opostas, e quando uma carga é analisada individualmente, e o exibido um campo elétrico completamente uniforme.
Referências bibliográficas
São Paulo, 2018