Experiência de Coulomb
  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