![](\"https:\/\/cdn.portalsaofrancisco.com.br\/wp-content\/uploads\/2017\/01\/balanca-de-coulomb-09.jpg\")
\nBalan\u00e7a de Coulomb<\/b><\/p>\n
Balan\u00e7a de Coulomb – O que \u00e9<\/b><\/p>\n
Uma\u00a0balan\u00e7a de Coulomb \u00e9 uma balan\u00e7a de tor\u00e7\u00e3o<\/b>, semelhante \u00e0 usada para gravidade, que mede a for\u00e7a eletrost\u00e1tica entre objetos carregados, permitindo a verifica\u00e7\u00e3o experimental da Lei de Coulomb. Consiste em uma esfera condutora suspensa que gira devido \u00e0 for\u00e7a repulsiva ou atrativa de uma segunda esfera carregada, cuja dist\u00e2ncia pode ser variada. A for\u00e7a \u00e9 determinada medindo-se o \u00e2ngulo que o fio de tor\u00e7\u00e3o torce para retornar a balan\u00e7a \u00e0 sua posi\u00e7\u00e3o de equil\u00edbrio, fornecendo uma rela\u00e7\u00e3o quantitativa entre a for\u00e7a e as cargas e sua dist\u00e2ncia.<\/p>\n
Este dispositivo serve para demonstrar a lei da presen\u00e7a de uma for\u00e7a atrativa ou repulsiva entre cargas el\u00e9tricas pontuais, formulada em 1785 pelo f\u00edsico franc\u00eas Charles Augustin Coulomb (1736-1806). O instrumento mede a for\u00e7a repulsiva entre cargas el\u00e9tricas iguais por meio da tor\u00e7\u00e3o produzida no fio que suporta uma das duas cargas.<\/p>\n
Seu uso \u00e9 bastante complexo e delicado e, portanto, n\u00e3o \u00e9 adequado para fins did\u00e1ticos em escolas. No entanto, o instrumento \u00e9 de grande import\u00e2ncia hist\u00f3rica, pois marca a transi\u00e7\u00e3o entre o estudo qualitativo dos fen\u00f4menos el\u00e9tricos e seu estudo quantitativo, baseado em medi\u00e7\u00f5es experimentais e na formula\u00e7\u00e3o de leis matem\u00e1ticas.<\/p>\n
Balan\u00e7a de Coulomb – Hist\u00f3ria<\/b><\/p>\n
\nBalan\u00e7a de Coulomb<\/b><\/p>\n
Charles-Augustin de Coulomb<\/strong>\u00a0n\u00e3o inventou o equil\u00edbrio de tors\u00e3o, mas foi o primeiro a descobrir que poderia ser usado para medir a carga el\u00e9trica \u2013 o primeiro dispositivo capaz de tal fa\u00e7anha.<\/p>\n Nas primeiras investiga\u00e7\u00f5es de eletricidade, os cientistas tinham poucas ferramentas para ajud\u00e1-los.<\/p>\n Na d\u00e9cada de 1780, dispositivos para gerar, armazenar e detectar eletricidade est\u00e1tica foram constru\u00eddos, mas n\u00e3o havia uma maneira f\u00e1cil de medir quantidades de cargas el\u00e9tricas est\u00e1ticas.<\/p>\n Um engenheiro franc\u00eas com um interesse em eletricidade e magnetismo, Charles-Augustin de Coulomb, desenvolveu um dos primeiros instrumentos capazes de tal proeza:<\/strong>\u00a0a balan\u00e7a de tor\u00e7\u00e3o.<\/p>\n Coulomb era engenheiro militar e tamb\u00e9m estudioso. Nesta \u00faltima ocupa\u00e7\u00e3o alguns trabalhos que realizou conduziram-no \u00e0 balan\u00e7a de tor\u00e7\u00e3o.<\/p>\n Em 1777 Coulomb participou num concurso proposto pela Academia de Ci\u00eancias francesa para o melhoramento das b\u00fassolas magn\u00e9ticas, de grande import\u00e2ncia para o uso em navios. Para melhorar a precis\u00e3o da b\u00fassola, Coulomb suspendeu-a dum fio em vez de a assentar sobre um suporte e realizou um estudo minucioso sobre o magnetismo terrestre e sobre o aparelho que pretendia construir, nomeadamente sobre a tor\u00e7\u00e3o do fio. Coulomb partilhou o pr\u00e9mio da Academia com outro concorrente.<\/p>\n Em 1779 a Academia prop\u00f4s um estudo sobre as leis do atrito, de import\u00e2ncia em diversas atividades ligadas \u00e0 constru\u00e7\u00e3o e explora\u00e7\u00e3o de navios. Coulomb ganhou o pr\u00e9mio pelo seu trabalho apresentado em 1781, sendo eleito nesse ano para a Academia, o que vinha desejando h\u00e1 anos.<\/p>\n Entre as diversas atividades que continuou a desenvolver, em 1784 apresentou um estudo sobre tor\u00e7\u00e3o e elasticidade (na continua\u00e7\u00e3o de estudos anteriores) e constru\u00e7\u00e3o de balan\u00e7as de tor\u00e7\u00e3o para medidas de precis\u00e3o.<\/p>\n Sobre este assunto, Coulomb leu na Academia em 1785 uma Mem\u00f3ria, apenas publicada em 1788, que denominou \u201cPrimeira mem\u00f3ria sobre a eletricidade e o magnetismo\u201d com os seguintes sub-t\u00edtulos, que s\u00e3o esclarecedores:<\/strong><\/p>\n \u201cConstru\u00e7\u00e3o duma Balan\u00e7a el\u00e9trica, baseada na propriedade que t\u00eam os Fios de metal, de ter uma for\u00e7a de rea\u00e7\u00e3o de Tor\u00e7\u00e3o proporcional ao \u00e2ngulo de Tor\u00e7\u00e3o\u201d;<\/p>\n \u201cDetermina\u00e7\u00e3o experimental da lei segundo a qual os elementos dos Corpos eletrizados com o mesmo tipo de Eletricidade se repelem mutuamente\u201d.<\/p>\n Eletrizando um alfinete e tocando momentaneamente a bola fixa, as duas bolas ficam eletrizadas com o mesmo tipo de carga e a bola m\u00f3vel afasta-se da fixa de um determinado \u00e2ngulo. D\u00e1-se uma tor\u00e7\u00e3o do fio.<\/p>\n Aumentando a for\u00e7a de tor\u00e7\u00e3o do fio, com o micr\u00f3metro, reduz-se o \u00e2ngulo de desvio entre as bolas. Comparando-se as for\u00e7as de tor\u00e7\u00e3o com o \u00e2ngulo de desvio, determina-se a lei de repuls\u00e3o.<\/p>\n Coulomb descreveu os ensaios que fez:<\/strong><\/p>\n 1\u00ba \u2013<\/strong>\u00a0Eletrizou as bolas e a bola m\u00f3vel afastou-se 36\u00ba da fixa (a for\u00e7a de tor\u00e7\u00e3o do fio equilibra a for\u00e7a el\u00e9trica entre as bolas). Destas experi\u00eancias concluiu que a for\u00e7a el\u00e9trica de repuls\u00e3o varia na fun\u00e7\u00e3o inversa do quadrado das dist\u00e2ncias (1 \/ d2<\/sup>\u00a0).<\/p>\n A balan\u00e7a parece ser de dif\u00edcil manuseamento para dela obter resultados. Ao longo dos anos experi\u00eancias diversas com esta e com outras balan\u00e7as foram feitas e os resultados apresentados por Coulomb foram questionados, inclusivamente por Volta, mas a\u00a0lei de Coulomb<\/strong>\u00a0acabou por ser reconhecida. A balan\u00e7a, por seu lado, foi sendo cada vez menos referida e hoje praticamente n\u00e3o se fala dela.<\/p>\n A\u00a0balan\u00e7a de Coulomb<\/strong>\u00a0tem 1 metro de altura e \u00e9 constitu\u00edda por um tubo cil\u00edndrico assente noutro cilindro oco mais largo, ambos em vidro.<\/p>\n No topo existe um micr\u00f3metro e um sistema de fixa\u00e7\u00e3o do fio de prata. O fio passa pelo interior do tubo mais estreito e sustenta na extremidade um peso e um bra\u00e7o horizontal. Numa das extremidades deste bra\u00e7o est\u00e1 uma bola de medula de sabugueiro com 5 mm de di\u00e2metro e na outra um disco de papel com fun\u00e7\u00f5es de equil\u00edbrio do bra\u00e7o e de redu\u00e7\u00e3o de oscila\u00e7\u00f5es. Outro fio suportando outra bola id\u00eantica est\u00e1 introduzido no cilindro inferior (esta bola ficar\u00e1 \u201cfixa\u201d).<\/p>\n No interior e a meio da parede do cilindro inferior existe um papel com uma escala graduada. O \u201czero\u201d do aparelho obt\u00e9m-se alinhando visualmente o primeiro fio com o zero da escala graduada, rodando o micr\u00f3metro.<\/p>\n As duas esferas devem ficar em contato.<\/p>\n Balan\u00e7a de Coulomb –\u00a0<\/b>Equil\u00edbrio de Tors\u00e3o<\/strong><\/p>\n O\u00a0equil\u00edbrio de tors\u00e3o de Coulomb<\/strong>\u00a0consiste em v\u00e1rias pe\u00e7as pequenas.<\/p>\n Dentro de uma caixa de vidro, que impede brisas ou outros fatores ambientais de afetar os resultados, uma agulha paira de uma linha, tipicamente de seda.<\/p>\n Um tubo de vidro estreito estende-se atrav\u00e9s da parte superior da caixa de vidro.<\/p>\n No topo do tubo \u00e9 uma esfera de metal, a partir do qual a agulha paira pelo fio. Uma pequena esfera de metal est\u00e1 em uma extremidade da agulha, que pode balan\u00e7ar livremente devido ao seu estado suspenso. Protrus\u00e3o atrav\u00e9s do topo da caixa de vidro \u00e9 tamb\u00e9m uma haste de metal com esferas de metal em ambas as extremidades (um dentro do caso, um fora).<\/p>\n Para usar o\u00a0balan\u00e7o de tor\u00e7\u00e3o, Coulomb<\/strong>\u00a0seguraria um objeto perto da esfera met\u00e1lica na extremidade superior da haste de metal.<\/p>\n Qualquer carga mantida pelo objeto a ser estudado transferiria para a esfera de metal, em seguida, viajar ao longo da haste para a esfera na outra extremidade.<\/p>\n L\u00e1, a carga poderia afetar a agulha suspensa no caso, que em seu estado de repouso tocou a esfera inferior da haste.<\/p>\n Assim, qualquer carga nessa esfera passou para a esfera da agulha.<\/p>\n Uma vez que a esfera da haste ea esfera da agulha se tornaram igualmente carregadas, elas se repeliram.<\/p>\n A repuls\u00e3o fez com que a agulha se movesse eo fio segurando-a para torcer. A a\u00e7\u00e3o de tor\u00e7\u00e3o \u00e9 chamada de tor\u00e7\u00e3o, da\u00ed o nome do instrumento.<\/p>\n Para determinar quanto tors\u00e3o ocorreu, Coulomb consultou uma pequena escala marcada em graus perto da extremidade superior do tubo de vidro estreito.<\/p>\n Uma segunda escala envolvendo a pr\u00f3pria caixa de vidro permitiu-lhe determinar at\u00e9 que ponto a agulha se movia.<\/p>\n Como Coulomb percebeu, quanto maior a carga, maior a tor\u00e7\u00e3o e o deslocamento que ele observava.<\/p>\n Um cientista anterior, John Michell, tinha usado um instrumento semelhante para estudar a gravidade, mas o dispositivo n\u00e3o ganhou muita fama at\u00e9 depois de Coulomb reinventou-lo e coloc\u00e1-lo para um uso diferente. Coulomb realizou estudos detalhados de for\u00e7as eletrost\u00e1ticas com o equil\u00edbrio de tors\u00e3o que lhe permitiu oferecer a prova mundial da lei do quadrado inverso que hoje leva seu nome.<\/p>\n De acordo com\u00a0a lei de Coulomb<\/strong>\u00a0a for\u00e7a el\u00e9ctrica entre objetos \u00e9 inversamente proporcional \u00e0 dist\u00e2ncia entre os objetos.<\/p>\n Existe uma lei inversa similar para a gravidade, mas a gravita\u00e7\u00e3o \u00e9 influenciada pelas massas dos objetos e n\u00e3o pelas suas cargas.<\/p>\n Depois de Coulomb publicar os resultados de suas investiga\u00e7\u00f5es e uma descri\u00e7\u00e3o do equil\u00edbrio de tor\u00e7\u00e3o, cientistas em todo o mundo queriam a ferramenta.<\/p>\n Na verdade, o equil\u00edbrio de tor\u00e7\u00e3o tornou-se um dos instrumentos cient\u00edficos mais populares para gra\u00e7a laborat\u00f3rios no final do s\u00e9culo 18 e ao longo do s\u00e9culo seguinte.<\/p>\n Balan\u00e7a de Coulomb – Componentes e Fun\u00e7\u00e3o<\/b><\/p>\n Balan\u00e7a de Tor\u00e7\u00e3o:\u00a0<\/b>O n\u00facleo do dispositivo \u00e9 uma balan\u00e7a de tor\u00e7\u00e3o, que utiliza um fio fino (geralmente de seda ou metal) para suspender uma haste leve. Balan\u00e7a de Coulomb – Como Funciona<\/b><\/p>\n 1. Carregamento:\u00a0<\/b>Ambas as esferas s\u00e3o carregadas com eletricidade est\u00e1tica, geralmente com a mesma polaridade. Import\u00e2ncia<\/b><\/p>\n Demonstra a Lei de Coulomb: O experimento demonstra diretamente a rela\u00e7\u00e3o descrita pela Lei de Coulomb<\/b>: a for\u00e7a entre duas cargas pontuais \u00e9 inversamente proporcional ao quadrado da dist\u00e2ncia entre elas e diretamente proporcional ao produto das cargas. Balan\u00e7a de tor\u00e7\u00e3o de Coulomb<\/strong><\/p>\n A\u00a0Balan\u00e7a de tor\u00e7\u00e3o de Coulomb<\/strong>\u00a0ocupa um lugar extremamente importante na hist\u00f3ria da F\u00edsica.<\/p>\n \u00c9 um instrumento que nos permite verificar experimentalmente a lei quantitativa de intera\u00e7\u00e3o entre cargas el\u00e9tricas.<\/p>\n De um modo geral, o balan\u00e7o compreende uma caixa de vidro cil\u00edndrica ou quadrada, fechada por uma tampa da qual emerge um tubo de vidro. O tubo termina com um peda\u00e7o de metal do qual uma linha de tor\u00e7\u00e3o est\u00e1 suspensa. Esta linha segura uma agulha horizontal feita de laca, com um pequeno disco de lat\u00e3o vertical em uma extremidade e uma esfera da medula mais velha na outra. A altura da agulha \u00e9 ajustada por um bot\u00e3o que \u00e9 girado para enrolar a linha de suspens\u00e3o em um eixo horizontal. Este eixo \u00e9 montado em um disco girat\u00f3rio em que \u00e9 gravado uma escala dividida em graus.<\/p>\n A escala avan\u00e7a em rela\u00e7\u00e3o a uma marca de refer\u00eancia, fixada na coluna de vidro, de modo que o deslocamento angular pode ser medido.<\/p>\n Para estudar a intensidade da for\u00e7a de intera\u00e7\u00e3o entre dois corpos carregados, o disco de lat\u00e3o \u00e9 feito para tocar uma pequena esfera de metal que est\u00e1 na extremidade de uma haste de vidro suspensa de um buraco na tampa de vidro da balan\u00e7a.<\/p>\n Nestas condi\u00e7\u00f5es, tanto o disco como a esfera est\u00e3o sem carga e a linha que suspende a agulha n\u00e3o deve estar sob tor\u00e7\u00e3o. Em seguida, a esfera suspensa da tampa da balan\u00e7a \u00e9 removida, para ser carregada eletricamente. Esta esfera, ao ser colocada de volta no equil\u00edbrio, toca o disco de lat\u00e3o, dando-lhe a mesma carga e, conseq\u00fcentemente, eles repelem uns aos outros.<\/p>\n Quando isso ocorre, a agulha come\u00e7a um movimento oscilante amortecido at\u00e9 parar. O instrumento permanece est\u00e1tico numa posi\u00e7\u00e3o correspondente ao equil\u00edbrio entre o momento da for\u00e7a de repuls\u00e3o ea de tor\u00e7\u00e3o da rosca. O \u00e2ngulo de tor\u00e7\u00e3o da rosca \u00e9 medido na escala graduada marcada na caixa de vidro, \u00e0 mesma altura do plano horizontal da agulha suspensa.<\/p>\n Ao girar o disco a partir do qual a linha que segura a agulha est\u00e1 suspensa, aproximando o disco da esfera, o \u00e2ngulo de tor\u00e7\u00e3o aumenta, uma vez que ambos t\u00eam a mesma carga. A nova dist\u00e2ncia entre os corpos carregados pode ser obtida por meio da escala na carca\u00e7a da balan\u00e7a. Gravar \u00e2ngulos sucessivos de tor\u00e7\u00e3o para a rosca, para as dist\u00e2ncias correspondentes entre a esfera eo disco, permite a observa\u00e7\u00e3o da rela\u00e7\u00e3o entre a intensidade da for\u00e7a de repuls\u00e3o eo quadrado da dist\u00e2ncia entre os corpos carregados.<\/p>\n Para determinar a rela\u00e7\u00e3o entre a for\u00e7a de intera\u00e7\u00e3o ea carga el\u00e9trica sobre os corpos, Coulomb usou uma bola de medula de anci\u00e3o suspensa na agulha. Depois de registar o \u00e2ngulo de tor\u00e7\u00e3o do fio de suspens\u00e3o, como antes, a esfera suspensa na haste de vidro \u00e9 retirada e colocada em contato com outra do mesmo tamanho. Esta opera\u00e7\u00e3o resultou na redu\u00e7\u00e3o da sua carga em metade. Ao ser substitu\u00eddo no equil\u00edbrio, a repuls\u00e3o el\u00e9trica entre a esfera de metal e a bola de medula mais velha \u00e9 menos forte. O novo \u00e2ngulo de tor\u00e7\u00e3o da rosca, correspondente \u00e0 nova posi\u00e7\u00e3o de equil\u00edbrio, \u00e9 menor do que no caso anterior. Se este procedimento for repetido v\u00e1rias vezes, obt\u00e9m-se uma raz\u00e3o experimental v\u00e1lida.<\/p>\n Al\u00e9m desses experimentos, Coulomb desenvolveu outros m\u00e9todos experimentais baseados na medi\u00e7\u00e3o dos per\u00edodos de oscila\u00e7\u00e3o das agulhas suspensas no fio de tor\u00e7\u00e3o. Este foi o m\u00e9todo que ele empregou para calibrar os fios usados em balan\u00e7os de tor\u00e7\u00e3o.<\/p>\n Para que as experi\u00eancias funcionassem bem, o interior do balan\u00e7o tinha que ser seco. Um prato de cal anidro foi utilizado para este fim.<\/p>\n Fonte:<\/strong>\u00a0nationalmaglab.org\/physics.kenyon.edu\/museu.fis.uc.pt\/br.geocities.com\/www.museoscienzebergamo.it<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":" Balan\u00e7a de Coulomb – O que \u00e9 Uma\u00a0balan\u00e7a de Coulomb \u00e9 uma balan\u00e7a de tor\u00e7\u00e3o, semelhante \u00e0 usada para gravidade, que mede a for\u00e7a eletrost\u00e1tica entre objetos carregados, permitindo a verifica\u00e7\u00e3o experimental da Lei de Coulomb. 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\n2\u00ba \u2013<\/strong>\u00a0Diminui o \u00e2ngulo para metade (18\u00ba), rodando o micr\u00f3metro 126\u00ba. Concluiu que para diminuir o \u00e2ngulo de metade teve que aumentar a for\u00e7a de tor\u00e7\u00e3o 4 vezes (126\u00ba + 18\u00ba = 144\u00ba = 36\u00ba x 4).
\n3\u00ba \u2013\u00a0<\/strong>Diminuiu o \u00e2ngulo para (pr\u00f3ximo de) metade (8,5\u00ba 9\u00ba), rodando o micr\u00f3metro at\u00e9 567\u00ba.\u00a0 Concluiu que para diminuir o \u00e2ngulo de metade teve que aumentar a for\u00e7a de tor\u00e7\u00e3o 4 vezes (567\u00ba + 9\u00ba = 576\u00ba = 144\u00ba x 4).<\/p>\n![](\"https:\/\/cdn.portalsaofrancisco.com.br\/wp-content\/uploads\/2017\/01\/balanca-de-coulomb-010.jpg\")
\nEsquema de uma balan\u00e7a de tor\u00e7\u00e3o<\/strong><\/p>\n
\nEsferas Carregadas:\u00a0<\/b>Uma pequena esfera eletricamente carregada (como uma bola de medula) \u00e9 fixada em uma extremidade da haste. Uma segunda esfera, com carga semelhante, \u00e9 montada em um bra\u00e7o m\u00f3vel.
\nFio de Tor\u00e7\u00e3o:\u00a0<\/b>A resist\u00eancia do fio \u00e0 tor\u00e7\u00e3o \u00e9 diretamente proporcional ao torque e, portanto, \u00e0 for\u00e7a eletrost\u00e1tica que atua sobre a esfera suspensa.
\nEscala:\u00a0<\/b>Uma escala permite ao experimentador medir o \u00e2ngulo de tor\u00e7\u00e3o do fio de tor\u00e7\u00e3o.<\/p>\n
\n2. Exerc\u00edcio de For\u00e7a:\u00a0<\/b>A for\u00e7a repulsiva entre as duas esferas com a mesma carga faz com que a esfera suspensa gire.
\n3. Restaura\u00e7\u00e3o do Torque:\u00a0<\/b>O experimentador torce o fio para trazer a esfera suspensa de volta \u00e0 sua posi\u00e7\u00e3o original e equilibrada.
\n4. Medi\u00e7\u00e3o da For\u00e7a:\u00a0<\/b>O \u00e2ngulo em que o fio de tor\u00e7\u00e3o foi torcido \u00e9 ent\u00e3o medido. Este \u00e2ngulo fornece uma medida quantitativa da for\u00e7a eletrost\u00e1tica entre as esferas.<\/p>\n
\nImport\u00e2ncia Hist\u00f3rica:\u00a0<\/b>A balan\u00e7a de Coulomb marcou uma transi\u00e7\u00e3o crucial do estudo qualitativo da eletricidade para uma base quantitativa e experimental para a formula\u00e7\u00e3o de leis matem\u00e1ticas, de acordo com a f\u00edsica no museu.
\nPrecis\u00e3o:\u00a0<\/b>Os experimentos de Coulomb com a balan\u00e7a de tor\u00e7\u00e3o alcan\u00e7aram uma precis\u00e3o que confirmou a lei do inverso do quadrado com uma precis\u00e3o maior do que os esfor\u00e7os anteriores, de acordo com pesquisas.<\/p>\n![](\"https:\/\/cdn.portalsaofrancisco.com.br\/wp-content\/uploads\/2017\/01\/balanca-de-coulomb-08.jpg\")
\nBalan\u00e7a de tor\u00e7\u00e3o de Coulomb<\/strong><\/p>\n