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Experiência de Coulomb:
Em 1780 Coulomb verificou que a força electrostática F entre duas cargas distantes entre si a ums distância d,
seria escrita como F = K / d2 , recorrendo ao seguinte método:
Uma esfera metálica A, inicialmente sem carga, está fixa pela extremidade da vara de um pêndulo de torsão, cuja constante
de trosão é Γ. Um contrapeso C é fixado na outra extremidade da vara. É aproximada de A uma esfera B carregada.
Após o contacto entre as esferas, a carga de B reparte-se por A e B e as duas esferas repelem-se: a vara do pêndulo de torsão gira num ângulo α
tal que a força de troção é C = Γ. O ângulo α equilibra o momento da força electrostática F.
Para valores pequenos de α é legítimo confundir o arco AB com a corda AB. Nestas condições, a distância AB é
d = k1.α e a força F = k2.α. É torcido em sentido inverso a α a parte superior do fio
com um ângulo de torsão β, para que o valor inicial do ângulo de torsão α
seja divisível por 2. A nova distância AB vem a ser A'B' = d' = d / 2. Como a torsão total do fio é (a2 + a1 / 2),
a força electrostática é F' = k2.(a2 + a1 / 2). Se a lei entre a força e a distância entre as cargas é a F = K / d2, F' é igual a 4.F se d' = d / 2.
Na prática, esta experiência é difícil de concretizar e a precisão está na ordem dos 5%. É muito mais fácil verificar esta lei a partir
das suas consequências, como o teorema de Gauss.
A aplicação : Premindo o botão
[INICIAR], é provocado o deslocamento de B em direcção a A. Após o contacto,
a vara do pêndulo gira segundo um ângulo aleatório α, mostrado no quadro com margem vermelha.
Na realidade, o pêndulo oscila antes de estabilizar no valor α!...
Interagir lentamente com o rato sobre o ponto branco do botão amarelo para fazer variar o ângulo
de torsão β (mostrado na caixa amarela) da parte superior do fio de torsão até que o valor inicial de α seja divisível por 2.
Verificar que β + α/ 2 é igual a 4 vezes o valor inicial de α. Para realizar a animação,
é necessário resolver uma equação de 3º grau. Foi utilizado um método de procura de zeros da função correspondente.
Simulation Numérique de Jean-Jacques ROUSSEAU
Faculté des Sciences exactes et naturelles Université du Maine - Le Mans
Traduzido e adaptado para a Casa das Ciências por Manuel Silva Pinto e Alexandra Coelho em Outubro de 2010
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