Fenómenos gravíticos, elétricos e magnéticos

Cai-te a sandes e vai parar ao chão. Que força a levou até lá? Foi necessário que alguma coisa lhe tocasse ou a empurrasse para baixo? Como se chamam as forças que atuam sem contacto?

Completa a frase: «A gravidade é uma força da natureza que atrai $\dots$ os objetos para o centro da $\dots$, sem necessidade de $\dots$ com eles».

Os planetas do Sistema Solar giram à volta do Sol sem sair das suas órbitas. Que força os retém? O Sol precisa de tocar nos planetas para os atrair?

Um peso de cozinha de $1\ \text{kg}$ viaja até à Lua.

1. a) Continua a ter $1\ \text{kg}$ de massa lá?
2. b) Pesa o mesmo na Lua e na Terra?
3. c) Explica por palavras tuas a diferença entre massa e peso.

Na Lua, a gravidade é cerca de $6$ vezes menor do que na Terra. Com o teu melhor impulso, consegues levantar os pés $30\ \text{cm}$ do chão na Terra.

1. a) Que altura alcançarias na Lua com o mesmo impulso?
2. b) Explica por que razão os astronautas avançavam aos «saltinhos» pela superfície lunar.

Imagina que, de um dia para o outro, a gravidade da Terra ficava duas vezes mais intensa. Descreve e justifica três mudanças que notarias no teu dia a dia, pensando, por exemplo, na tua mochila, no desporto que praticas ou em como caem os objetos.

Na superfície de Marte, a gravidade é cerca de $3$ vezes menor do que na Terra.

1. a) Se na Terra pesares $450\ \text{N}$, quanto pesarias em Marte?
2. b) A tua massa teria mudado? Justifica.
3. c) Ser-te-ia mais fácil ou mais difícil levantar lá a tua mochila? Porquê?

Ao despires uma camisola polar no inverno, ouves estalidos e notas que o cabelo fica em pé. Que tipo de força produz estes efeitos: gravítica, elétrica ou magnética? Atua por contacto ou à distância?

Na aula, friccionamos duas varetas de plástico com o mesmo pano e suspendemos uma delas por um fio. Ao aproximar a segunda vareta, a suspensa afasta-se, como se mostra na figura.

1. a) As varetas atraem-se ou repelem-se?
2. b) O que indica o resultado sobre o sinal das suas cargas?
3. c) De que tipo é a força que observamos?

Aproxima-se um balão friccionado com lã de um fio fino de água da torneira e a água curva-se em direção ao balão, como se mostra na figura.

1. a) Que tipo de força desvia a água?
2. b) Por que razão dizemos que atua à distância?
3. c) O fio de água curvar-se-ia se o balão não tivesse sido friccionado? Justifica.

Durante uma trovoada, no interior das nuvens separam-se cargas elétricas e, de repente, salta um raio em direção ao solo, como se mostra na figura.

1. a) A que tipo de força da natureza se deve o raio?
2. b) Muitos edifícios têm um para-raios: uma ponta metálica no topo ligada à terra. Para que serve?

Em plena trovoada, no campo, convém evitar certos locais.

1. a) Porque razão é perigoso abrigar-se debaixo de uma árvore alta e isolada?
2. b) Os para-raios são colocados no ponto mais alto dos edifícios e ligados à terra: justifica essa posição e essa ligação.
3. c) Porque razão achas que se recomenda sair da água da piscina ou do mar quando há trovoada?

Depois de friccionar um balão com um pano seco, o balão atrai o teu cabelo, mesmo que o cabelo não esteja carregado.

1. a) Explica como pode o balão atrair o cabelo sem lhe tocar.
2. b) O efeito deixa de funcionar passado algum tempo: para onde achas que vão as cargas do balão?
3. c) Prevê se a experiência funcionará melhor num dia seco ou num dia húmido, e justifica a resposta.

A Marta brinca com dois ímanes em barra que têm os polos identificados, como se mostra na figura.

O que acontece se aproximar dois polos norte um do outro? E se aproximar um polo norte de um polo sul? Escreve a regra geral dos polos magnéticos.

O que é uma bússola e para que foi utilizada durante séculos? Por que razão a sua agulha aponta sempre, aproximadamente, para o norte?

A Marina aproxima um íman de um pionés e este «salta» em direção ao íman antes de lhe tocar, como se mostra na figura.

1. a) Como chamamos às forças que, como esta, atuam sem haver contacto?
2. b) Saltaria da mesma forma um pionés feito de plástico? Porquê?

O Teo move um clipe por cima da mesa deslizando um íman por baixo do tampo, sem tocar no clipe em momento algum, como se mostra na figura.

1. a) Que tipo de força atua sobre o clipe?
2. b) Indica outra força da natureza que também atue sem contacto.
3. c) Refere uma semelhança e uma diferença entre a força magnética e a força gravítica.

A agulha de uma bússola aponta para o norte, mas, ao aproximar um íman potente, desvia-se da sua posição.

1. a) Porque se desvia a agulha?
2. b) O que nos indica isto sobre o motivo pelo qual a bússola aponta para o norte quando não há ímanes por perto?
3. c) Seria fiável orientar-se com uma bússola dentro de uma caixa cheia de ímanes?

Testamos um íman com objetos de uma gaveta: um clipe, um berlinde de vidro, uma colher de aço, uma borracha, um parafuso de ferro e uma rolha de cortiça.

1. a) Prevê quais serão atraídos pelo íman.
2. b) O que têm em comum os objetos atraídos?
3. c) Por que razão dizemos que a força magnética é «seletiva», enquanto a gravidade não o é?

Pretende-se verificar como depende a força de um íman da distância. Planifica a experiência com um íman, um clipe e uma régua: explica o que montarias, o que medirias, o que compararias e que resultado esperas obter.

Um excursionista perdeu a sua bússola, mas tem consigo uma agulha de costura, um pequeno íman e uma rolha de cortiça, e consegue arranjar um copo com água.

1. a) Propõe um método para improvisar uma bússola com esses objetos.
2. b) Explica por que razão a agulha acabará por apontar, aproximadamente, para o norte.
3. c) O que aconteceria a todas as bússolas do mundo se a Terra deixasse de se comportar como um íman?

Classifica estes fenómenos segundo a força da natureza que os produz (gravítica, elétrica ou magnética):

1. a) Uma pera desprende-se da árvore e cai.
2. b) Um clipe fica colado ao íman do frigorífico.
3. c) Ao tirar a roupa da máquina de secar, umas meias ficam coladas a uma t-shirt.
4. d) A Lua gira à volta da Terra sem escapar à sua órbita.

Compara as três forças da natureza estudadas na unidade (gravítica, elétrica e magnética) respondendo, para cada uma, a estas perguntas: atrai todos os objetos ou apenas alguns?, pode também repelir?, necessita de contacto? Termina apresentando um exemplo do dia a dia de cada uma.

Uma nave espacial viaja da Terra para Marte.

1. a) Que força da natureza atua sobre a nave durante toda a viagem?
2. b) Ao afastar-se da Terra, a atração que a Terra exerce sobre a nave aumenta ou diminui?
3. c) Quando a nave estiver muito mais perto de Marte do que da Terra, que corpo achas que atrairá a nave com mais força? Justifica as tuas respostas pensando na massa dos corpos e na distância.

Desafio do tema. Projeta o teu próprio dinamómetro caseiro e analisa as forças quotidianas no teu ambiente.

1. Calibração experimental: Pendura um elástico num suporte fixo. Suspende dele diferentes massas conhecidas usando recipientes com água ($50\text{ ml}$, $100\text{ ml}$, $150\text{ ml}$ e $200\text{ ml}$, sabendo que $100\text{ ml} \approx 0,1\text{ kg}$). Mede cada alongamento $\Delta l$ com uma régua anotando a sua incerteza ($\pm 0,1\text{ cm}$) e calcula o peso correspondente com $P = m \cdot g$ (usando $g = 9,8\text{ m/s}^2$).

2. Tratamento de dados: Constrói uma tabela com os teus valores e desenha o gráfico $P$ em função de $\Delta l$ para verificar a lei de Hooke e deduzir a constante elástica $k$. Justifica por que razão o sistema atinge o equilíbrio de forças quando o peso se imobiliza.

3. Forças à distância: Esfrega intensamente uma caneta de plástico numa peça de lã e aproxima-a de um pequeno pedaço de papel suspenso (ou aproxima um íman de frigorífico de um clipe metálico suspenso). Observa e explica como esta interação eletrostática ou magnética atua como agente de mudança capaz de vencer o repouso à distância.

Elabora um breve relatório científico que inclua a tabela de dados, o gráfico e as tuas conclusões fundamentadas.

Será valorizado:

• Rigor nas medições caseiras e especificação clara da incerteza instrumental.

• Qualidade do gráfico elaborado e cálculo correto da constante elástica $k$.

• Justificação física do equilíbrio estático e dos efeitos das forças à distância.