• Como ocorre a eletrização por atrito.
• O princípio da atração e repulsão de cargas elétricas.
• O princípio da conservação das cargas elétricas.

• Modelo atômico de Rutherford.
• Carga elétrica.
• Carga elétrica elementar.

Provocação inicial (10 min)

Para iniciar a aula, eu sugiro uma demonstração bem simples: pegue um canudo plástico (de refresco) e um pedaço de papel higiênico. Tente colocar o canudo na parede. Por ação da gravidade o canudo cairá no chão. Isso não será novidade para ninguém. Mas, em seguida, esfregue o canudo no pedaço de papel higiênico e encoste-o novamente na parede. Surpresa: o canudo ficará grudado na parede (por certo tempo)!

Pergunte aos estudantes se eles conseguem explicar o fenômeno observado. Distribua canudos e pedaços de papel higiênico para eles fazerem a experiência. Peça para os alunos escreverem em um papel a explicação do fenômeno, para que no final da aula eles possam rever essa explicação inicial e reelaborá-la para, então, entregar ao professor.

Essa atividade deve gerar uma motivação inicial nos alunos para estudarem o processo de eletrização por atrito.

Observações:

• Essa experiência pode não funcionar caso o ar esteja muito úmido.
• Antes de realizar a atividade com os alunos teste os canudos em casa. Se a experiência não funcionar troque a cor e/ou a marca do canudo.
• Sempre que for eletrizar um novo canudo, utilizar um pedaço de papel higiênico novo também.
• Procure esfregar o canudo com força e sempre na mesma direção (mas cuidado para não exercer uma força excessiva que venha a danificar o canudo).

Atividade: experiência virtual (30 min)

Após a provocação inicial é hora dos alunos entenderem o fenômeno da eletrização por atrito. Para isso será explorado o objeto de aprendizagem (OA) “Balões e eletricidade estática”, disponível em: http://phet.colorado.edu/sims/balloons/balloons_pt.jnlp.  

Como a manipulação desse OA é simples, a ideia é que ao explorá-lo os estudantes compreendam como ocorre a eletrização por atrito. Para tanto, sugira o seguinte roteiro para eles:

1. Para iniciar a atividade assinalem na simulação as opções: “Não mostrar nenhuma carga”, “Ignorar a carga inicial do balão” e “Parede”.

2. Clicando no balão, mude sua posição na tela. Perceba que ele fica sempre em equilíbrio estático na posição que é colocado. Isso indica que ele está eletricamente neutro.

3. Agora esfregue o balão na blusa de lã e aproxime-o da parede. O que você observa?

4. Em seguida, aproxime o balão da blusa de lã. O que você observa?

5. Clique no botão reiniciar tudo e assinale apenas as opções “Mostrar todas as cargas” e “Parede”. Observe que agora são representadas nos objetos da simulação (blusa, balão e parede) suas respectivas cargas elétricas: as negativas, em azul e as positivas, em vermelho. Note também que a quantidade total de cargas negativas nesses objetos é igual à quantidade total de cargas positivas, ou seja, todos eles se encontram neutros.

6. Agora, esfregue o balão na blusa de lã e responda:

• Eles continuam neutros ou foram eletrizados?
• Se foram eletrizados, tente explicar como isso aconteceu.
• Ao esfregar o balão na blusa, ocorreu troca de elétrons ou prótons entre eles?
• Após o atrito, os dois corpos ficaram eletrizados com cargas de mesmo sinal ou de sinais contrários?
• Se a blusa e o balão ficaram eletrizados com cargas diferentes, qual deles ficou com mais cargas positivas (excesso de prótons) e qual ficou com mais cargas negativas (excesso de elétrons)?
• Pelo que você observou ao esfregar o balão na blusa, a quantidade total de cargas dos dois corpos juntos se modificou ou se conservou, após o atrito? Explique.

7. Clique e arraste o balão até uma posição intermediária entre a blusa e a parede. O que acontece com o balão? Ele se aproxima ou se afasta da blusa?

8. Agora, encoste o balão na parede. O balão ficou grudado na parede? O que aconteceu com as cargas elétricas da parede?

9. Clique no botão “Reiniciar tudo” e na opção “Dois balões”. Em seguida, esfregue o balão amarelo na blusa de lã e encoste-o na parede. Depois, esfregue o balão azul na blusa. Note que os dois balões ficarão eletrizados com cargas elétricas de mesmo sinal.

10. Agora, aproxime o balão azul do balão amarelo. Eles se atraem ou se repelem?

11. Com base nas observações realizadas nos itens 7, 8, 9 e 10, responda:

• Corpos eletrizados com cargas de mesmo nome (sinal) se atraem ou se repelem?
• Corpos eletrizados com cargas de nomes (sinais) contrários se atraem ou se repelem?
• Quando um corpo eletrizado (positivamente ou negativamente) é aproximado de um outro corpo neutro eles podem se atrair? E se repelir? Procure justificar sua resposta.

Observações:

a) Discuta com seus alunos que os sinais de menos (-) e mais (+), que aparecem nas figuras da simulação, são apenas representações das cargas elétricas e são utilizadas somente para facilitar o estudo do fenômeno.

b) Como na maioria das escolas o laboratório de informática não possui um computador por aluno, essa atividade pode ser realizada em dupla. No caso de ter mais de dois alunos por computador, uma estratégia interessante é dividir os alunos em duas turmas. Enquanto uma turma faz à atividade no laboratório a outra fica na sala de aula fazendo outra atividade, como a leitura de um texto sobre o assunto, por exemplo. Depois as turmas trocam de atividade. Nesse caso o tempo previsto para essa aula deverá ser ampliado. No caso da escola não possuir um laboratório de informática, mas ter um computador com data show, o professor pode projetar a simulação numa tela ou parede da sala e realizar a atividade como demonstração, seguindo o roteiro proposto anteriormente.

Encerramento da aula (10 min)

Nos últimos dez minutos da aula é importante o professor, discutindo as questões do roteiro, reforçar os conceitos que apareceram na atividade 2. Peça para os alunos reelaborarem a explicação do porquê o canudo, depois de ser esfregado no papel higiênico, gruda na parede e entregar na próxima aula.

Não deixe de discutir com seus alunos que, ao atritar dois corpos constituídos de substâncias diferentes (borracha e lã, por exemplo), ambos se eletrizam devido à interação entre os átomos desses materiais.  Nessa interação um objeto acaba perdendo elétrons para o outro. Aquele que perde elétrons fica eletrizado positivamente e o que ganha elétrons fica eletrizado negativamente. Enfatize que somente os elétrons podem ser trocados durante a eletrização, pois os prótons estão fortemente presos ao núcleo do átomo (interação nuclear forte).

Comente também que, para ocorrer a eletrização por atrito entre dois corpos, é necessário que eles tenham diferentes tendências para reter ou ceder elétrons Por isso dificilmente se consegue eletrizar por atrito dois objetos constituídos da mesma substância (dois canudos de refresco, por exemplo). Aproveite a ocasião para apresentar e discutir com seus alunos a série triboelétrica, como a mostrada abaixo, por exemplo.

Série Triboelétrica:

  Fonte: Física em Casa, Luiz A. O. Nunes e Alessandra R. Arantes.

Explique para eles que atritando esses materiais entre si, verifica-se que os materiais que estão acima têm maior tendência a ceder elétrons do que os que estão abaixo. Dessa forma, se atritarmos, por exemplo, a lã com o vidro, os elétrons vão do vidro para a lã; se atritarmos a lã com o âmbar, os elétrons vão da lã para o âmbar. No primeiro caso a lã fica eletrizada negativamente e no segundo, positivamente.

Não se esqueça de reforçar que partículas ou corpos eletrizados com cargas elétricas iguais se repelem e com cargas opostas se atraem (princípio da atração e repulsão de cargas elétricas).

Também é oportuno dizer aos alunos que nesse processo de eletrização, o par de corpos atritados apresenta, em valor absoluto, a mesma quantidade de carga elétrica, pois próton e elétron possuem o mesmo valor absoluto de carga elétrica (carga elementar).

Para um aprofundamento do assunto eu recomentdo o livro Física em Casa de Luiz Antônio de Oliveira Nunes e Alessandra Riposati Arantes. Nele o professor vai encontrar várias experiências de eletrostática e algumas aplicações dos conceitos de eletrostática em nosso cotidiano - como o funcionamento de uma fotocopiadora, por exemplo - que poderão complementar e enriquecer ainda mais a aula. Esse livro está disponível na internet no endereço: http://www.lla.if.sc.usp.br/ensino/livro.htm. 

 Outra sugestão de recurso que também pode ser utilizado pelo professor para complementar a aula é a exibição de filmes, de curta duração, que estão disponíveis na internet. No primeiro link abaixo, temos o filme de uma experiência que mostra um corpo eletrizado desviando um filete de água que escorre de uma torneira. Já no segundo link, temos um filme que mostra uma mulher tomando um choque eletrostático ao retirar uma criança de um escorregador. (O choque eletrostático é um outro assunto interessante de ser debatido com os estudantes, afinal, muito provavelmente, a maior parte deles já experimentou um choque dessa natureza.).

1. http://www.youtube.com/watch?v=Ns_HVQmuMTY&feature=player_embedded. 
2. http://www.youtube.com/watch?v=mTK_tMirA3k.  

Após o fechamento da aula, cada aluno deve produzir um texto reelaborando à explicação dada inicialmente por eles para o fato de o canudo ter ficado grudado na parede após ser esfregado no papel higiênico (experiência realizada no início da aula).