A relação entre a distância de uma carga e a intensidade do campo elétrico;

Como os tubarões localizam suas presas.

Conceitos de cargas elétricas;

Eletrização dos corpos;

Lei de Coulomb.

Estratégias de ensino:

- Aula interativa com recursos de multimeios;

- Aula experimental demonstrativa ou participativa.

Introdução à aula:

Inicie a aula perguntando aos alunos se eles sabem como os tubarões localizam sua presa. Explique para eles que esta localização está relacionada com o conceito de campo elétrico, que será explicado durante a aula.

Figura 1: Simulação do sistema de localização dos tubarões

Disponível em http://www2.uol.com.br/sciam/reportagens/o_sentido_eletrico_dos_tubaroes_8.html acesso em 11/10/2010 

Os alunos deverão compreender que os tubarões possuem um dispositivo chamado de ampolas de Lorenzini que são ativadas pelos campos elétricos de outros animais.

Apresente a definição de campo elétrico e seu efeito sobre uma carga de prova "q". Uma sugestão é fazer uma analogia entre o campo elétrico com o campo gravitacional da Terra (Figura 2). Explique que a massa M da Terra cria em torno de si um campo gravitacional g. Com isso, qualquer corpo de massa m fica sujeito a uma força gravitacional, denominada peso p.

Da mesma forma, uma carga Q origina em torno de si um campo elétrico E. Com isso, uma carga de prova q fica sujeita a uma força elétrica F. Lembre-se de citar que o campo elétrico é uma grandeza vetorial assim como a força peso.

Figura 2: Analogia entre campo magnético e campo elétrico

Disponível em http://www.colegioweb.com.br/fisica/campo-eletrico.html acesso em 11/10/2010 

Depois, relacione a definição de campo elétrico (E = F/q, onde E é campo elétrico, F é força elétrica e q a carga de prova) com a lei de Coulomb (F = k₀ . (Q . q)/d², onde F é força elétrica, k₀ é a constante eletrostática, Q carga geradora, q carga de prova e d a distância) para determinar uma equação capaz de determinar o campo elétrico de uma carga puntiforme (E = k₀ . Q/d²). É importante deixar bem claro para os alunos que a intensidade do campo elétrico diminui com o quadrado da distância entre a carga geradora Q e a carga de prova q (Figura 3). Explique, também, que o campo elétrico resultante é a soma vetorial de cada um dos campos elétricos. Estes dois conceitos serão bastante utilizados no desenvolvimento do recurso 1.

Figura 3: Campo elétrico de uma carga puntiforme

Disponível em http://crv.educacao.mg.gov.br/sistema_crv/index.asp?id_projeto=27&ID_OBJETO=103852&tipo=ob&cp=780031&cb=&n1=&n2=Roteiros acesso em 11/10/2010  

O último conceito que deve ser apresentado para que os alunos possam manipular o recurso 1 é a definição de linhas de campos e suas representações.

Figura 4: Linhas de campo

Disponível em http://www.portalsaofrancisco.com.br/alfa/fisica/imagens/campo-eletrico-042.jpg acesso em 11/10/2010  

Seguem dois links como sugestões de informações para a aula. No primeiro você encontrará informações e imagens didáticas sobre campos elétricos. Já o segundo apresenta as linhas de campo visíveis com limalha de ferro, um questionário e uma lista de exercícios sobre campos.

http://www.efeitojoule.com/2009/01/campo-eletrico-e-conceito-campo.html acesso em 11/10/2010.  

http://omnis.if.ufrj.br/~ladif/tea/fenel/eletro-capitulo2.pdf acesso em 11/10/2010.    

Laboratório de Informática:

Nesta atividade os alunos terão a possibilidade de, utilizando o recurso 1, verificar as linhas de campo e determinar o campo elétrico em diversos pontos utilizando uma carga de prova q.

No "roteiro sugerido" serão apresentadas cinco configurações: 1) carga geradora positiva e carga de prova a 1 m e 2 m; 2) carga geradora negativa e carga de prova a 1 m e 2 m; 3) duas cargas geradoras positiva sobre uma mesma direção e uma carga de prova no meio; 4) duas cargas geradoras negativas sobre uma mesma direção e uma carga de prova no meio e, por último, 5) duas cargas geradoras de sinais opostos sobre uma mesma direção de uma carga de prova no meio. Em todas as configurações o aluno deverá anotar o módulo a direção e o sentido do campo elétrico (que será apresentado em V/m) sobre a carga de prova.

Organize os alunos em duplas e disponibilize o recurso 1. Peça para que eles selecionem os campos "Mostrar campo - E", "Mostrar números" e "Fita de Medida" e retirem do quadrado quadriculado o recurso escrito "Equipotencial" (é só arrastar com o mouse).

Cargas e Campos 

Recurso 1: Campos e cargas

Disponível em http://portaldoprofessor.mec.gov.br/fichaTecnica.html?id=18727 acesso em 11/10/2010 

Atividade 1 - Carga geradora positiva

Arraste uma das cargas positivas de 1 nC para o meio da região pontilhada como na figura representada no "Recurso 1". Os alunos deverão perceber que as flechas vermelhas são representações das linhas de campos que saem da carga positiva e perdem intensidade com a distância (isto fica claro com a perda da intensidade da cor das flechas).

Figura 5: Campo elétrico gerado por uma carga positiva

Disponível em http://portaldoprofessor.mec.gov.br/fichaTecnica.html?id=18727 acesso em 11/10/2010  

Peça para que os alunos peguem a "fita de medida" e abram exatamente 1 m e coloque o centro sobre a carga vermelha. Na outra ponta da "fita de medida" coloque um "Sensor de campo" e anote o módulo, a direção e o sentido do campo elétrico obtido sobre a carga de prova.

Agora, abra a "fita de medida" exatamente 2 m e coloque outro "Sensor de campo" na ponta da "fita de medida. Anote novamente o módulo, a direção e o sentido do campo elétrico sobre o "Sensor de prova".

Exercício: Com base na equação do campo elétrico de uma carga puntiforme (E = k₀.Q/d²) e sabendo que k₀ = 9 . 10⁹ Nm²/C², verifique se os valores obtidos são compatíveis quando a carga de prova está a 1 m e 2 m da carga geradora de 9 x 10^-9 C. (Sugestão de resposta: quando d = 1 m o campo elétrico é E = 9 N/C e quando d = 2 m o campo é E = 2,25 N/C).

Atividade 2 - Carga geradora negativa

Clique em "Limpar tudo" e repita todo procedimento só que agora com a carga negativa, esfera azul, de 1 nC.

Figura 6: Campo elétrico gerado por uma carga negativa

Disponível em http://portaldoprofessor.mec.gov.br/fichaTecnica.html?id=18727 acesso em 11/10/2010 

Atividade 3 - Duas cargas geradoras positivas distantes 3 m

Clique em "Limpar tudo" meça com a "fita de medida" 3 m. Coloque duas cargas geradoras positivas de 9 nC em cada uma das pontas da fita. Agora arraste o sensor de campo sobre a linha da "fita de medida" que liga as duas cargas até obter campo elétrico nulo. Pegue a fita e meça e anote essa distância.

Figura 7: Campo elétrico gerado por duas cargas positivas

Disponível em http://portaldoprofessor.mec.gov.br/fichaTecnica.html?id=18727 acesso em 11/10/2010   

Exercício: Com base na equação do campo elétrico resultante de uma carga puntiforme (soma vetorial E_eq = E₁ + E₂) onde (E₁ = k₀.Q/d²) e sabendo que k₀ = 9 . 10^-9 Nm²/C², verifique se é possível encontrar um valor nulo. Qual o significado desse valor ser nulo? (Sugestão de resposta: uma forma de obter campo elétrico nulo é posicionar uma carga de prova sobre a linha que une duas cargas geradoras de mesmo sinal e valor. Quando a carga de prova é posicionada sobre este ponto, ela não sofre a influencia de forças elétricas geradas por essas cargas).

Atividade 4 - Duas cargas geradoras negativas distantes 3 m

Repita o procedimento da atividade dois substituindo as cargas positivas por cargas negativas.

Figura 8: Campo elétrico gerado por duas cargas negativas

Disponível em http://portaldoprofessor.mec.gov.br/fichaTecnica.html?id=18727 acesso em 11/10/2010  

Atividade 5 - Duas cargas geradoras de sinais opostos distantes 3 m

Clique em "Limpar tudo", meça com a "fita de medida" 3 m. Coloque duas cargas geradoras de 9 nC, mas com sinais opostos em cada uma das pontas da fita. Agora, arraste o sensor de campo sobre a linha da "fita de medida". O que ocorre quando obtemos a metade da fita?

Figura 9: Campo elétrico gerado por duas cargas de sinais opostos

Disponível em http://portaldoprofessor.mec.gov.br/fichaTecnica.html?id=18727 acesso em 11/10/2010 

O sexto sentido dos Tubarões - Ampolas de Lorenzini

O link a seguir apresenta uma matéria de 14 páginas publicada pela revista "Scientific American Brasil" com o título "O sentido elétrico dos Tubarões". Nele você encontrará informações acessíveis aos seus alunos sobre o sistema de localização de presas de um tubarão.

Figura 10: O sentido elétrico dos Tubarões

Disponível em http://www2.uol.com.br/sciam/reportagens/o_sentido_eletrico_dos_tubaroes.html acesso em 11/10/2010 

Apresente também para seus alunos o vídeo "Ampolas de Lorenzini" que contém uma rápida explicação sobre o funcionamento das ampolas de Lorenzini.

Figura 11: Ampolas de Lorenzini

Disponível em http://www.youtube.com/watch?v=AeC2_V-lVEk acesso em 11/10/2010 

Caso os alunos tenham mais curiosidades sobre como os tubarões detectam suas presas, você poderá sugerir o link a seguir com uma linguagem acessível. Disponível em http://ciencia.hsw.uol.com.br/tubaroes.htm acesso em 11/10/2010 .

A discoverybrasil realizou um especial sobre tubarões. São diversas informações relacionadas as mais diversas áreas. Vale a pena conferir. Disponível em http://www.discoverybrasil.com/web/tubarao/ acesso em 11/10/2010. 

Você poderá avaliar o aluno através da participação nas aulas. Também é importante acompanhar o desenvolvimento das atividades 1 a 5 para verificar se os alunos compreenderam que o campo elétrico é inversamente com o quadrado da distância.

Proponha um debate em sala para expor as conclusões de cada grupo e monte um mapa conceitual relacionando como o campo elétrico varia de acordo com a carga geradora utilizada (positiva ou negativa) e com a distância que se coloca uma carga de prova de uma carga geradora.