Experiˆencia 4.4
Vamos agora fazer uma experiˆencia an´aloga a uma observa¸c˜ao experimental que teve grande importˆancia hist´orica. Inicialmente pegamos uma penugem ou um peda¸co bem pequeno de algod˜ao, tipo alguns fiapos. O importante ´e que seja escolhida uma quantidade bem pequena que demore um longo tempo para cair no ar, da ordem de uns 10 segundos para descer de uma distˆancia de 2 metros quando o algod˜ao ´e solto do repouso. Se ele cair mais lentamente ´e ainda melhor.
Por outro lado, se ele cair muito r´apido, n˜ao se consegue realizar a experiˆencia que vamos descrever agora. Logo a quantidade apropriada de algod˜ao deve ser escolhida de antem˜ao. Esta experiˆencia tamb´em funciona muito bem uma semente da planta dente-de-le˜ao, que termina em cerdas bem finas, dando ao conjunto um aspecto de paraquedas.
Em seguida atrita-se bem um canudo de pl´astico no cabelo. Para saber se o canudo est´a bem atritado pode-se utilizar o teste da parede, como descrito na Experiˆencia 3.6. Depois que o canudo foi bem atritado, ele ´e mantido na horizontal preso por uma das pontas entre o ded˜ao e o indicador. Ent˜ao solta-se com a outra m˜ao o pequeno peda¸co de algod˜ao um pouco acima do canudo. O algod˜ao ´e atra´ıdo pelo canudo e fica grudado nele. Se observarmos atentamente, o algod˜ao come¸ca a se esticar, como se quisesse pular para fora do canudo. `As vezes ele de fato se solta. Quando isto n˜ao acontece, podem ser dados alguns petelecos no canudo para soltar o algod˜ao, ou ent˜ao soprar de leve o algod˜ao.
Depois que o algod˜ao se soltou do canudo e come¸cou a cair, pode-se aproximar o canudo atritado por baixo do algod˜ao que ele vai come¸car a ser repelido pelo canudo. `As vezes isto n˜ao acontece da primeira vez, sendo necess´ario que o algod˜ao seja atra´ıdo mais uma ou duas vezes pelo canudo, sendo solto a cada vez com um sopro ou peteleco, antes de passar a ser repelido por ele. Quanto mais eletrizado estiver o canudo, mais rapidamente o algod˜ao passar´a a ser repelido por ele. Daqui por diante vamos supor que o algod˜ao j´a esteja flutuando no ar, sendo repelido pelo canudo atritado embaixo dele, como na Figura 4.4.
Na Figura 4.5 apresentamos a mesma experiˆencia feita com uma semente de dente-de-le˜ao. A vantagem do dente-de-le˜ao em rela¸c˜ao ao algod˜ao ´e que a semente j´a cai com uma velocidade bem lenta, apropriada para esta experiˆencia.
E f´´ acil fazˆe-la flutuar acima de um canudo pl´astico atritado no cabelo, ap´os tocar o canudo.
Ao movermos o canudo lentamente embaixo do algod˜ao flutuante, podemos lev´a-lo para onde quisermos dentro da sala. Caso o algod˜ao se aproxime do nosso corpo, da parede ou de algum outro corpo, ele acaba sendo atra´ıdo por este corpo e gruda nele. Se n˜ao deixarmos o algod˜ao se aproximar do nosso corpo nem de outros objetos, podemos facilmente mantˆe-lo flutuando a 10 ou a 20 cm do canudo, dependendo da eletriza¸c˜ao do canudo. S´o que para isto o canudo n˜ao pode ficar im´ovel, caso contr´ario o algod˜ao acaba se afastando dele e indo ao
(a) (b) (c)
.F F FF F F F F F F F F F F F
Figura 4.4: (a) Uma penugem ou fiapo de algod˜ao ´e inicialmente atra´ıda por um canudo atritado. (b) A penugem toca na parte atritada do canudo. (c) Depois disto a penugem passa a ser repelida pelo canudo atritado, podendo ser mantida flutuando sobre ele, apesar da atra¸c˜ao gravitacional da Terra!
(a) (b) (c)
.F F F F F F F F F F F F F F F
Figura 4.5: A Experiˆencia 4.4 pode feita facilmente com uma semente de dente-de-le˜ao sendo mantida no ar por um canudo atritado no cabelo.
solo. Para que se mantenha o algod˜ao no ar ´e necess´ario ir mexendo aos poucos com o canudo atritado embaixo do algod˜ao, acompanhando seu movimento, ao mesmo tempo em que o direcionamos para onde quisermos. Quando se utiliza a semente do dente-de-le˜ao muitas vezes o procedimento ´e mais simples. Isto
´e, ao ser solta no ar ela ´e atra´ıda pelo canudo atritado abaixo dela, vai em sua dire¸c˜ao, toca no canudo e imediatamente passa a ser repelida por ele. Esta ´e uma experiˆencia muito simples de ser realizada, mas extremamente curiosa e que chama muito a aten¸c˜ao. Ela teve tamb´em uma grande relevˆancia hist´orica.
Uma experiˆencia como esta foi realizada pela primeira vez por Otto von Guericke (1602-1686),1Figura 4.6.
Ela apareceu em seu livroNovas Experiˆencias (assim chamadas) de Magde-burgo sobre o Espa¸co Vazio, publicado em 1672, em latim. De acordo com o que Guericke escreveu no pref´acio da obra, este livro estava terminado desde 1663.
Guericke foi prefeito da cidade de Magdeburgo. Neste livro ele descreve a bomba de ar (tamb´em chamada de bomba a v´acuo) que havia inventado e com a qual demonstrou a capacidade de bombeamento do ar. Foi com esta bomba de ar que realizou em 1657 a famosa experiˆencia p´ublica de Magdeburgo,2mostrando as grandes for¸cas devidas `a press˜ao atmosf´erica. Ele tinha uma esfera oca
cons-1[Hei99, p´ags. 215-218].
2[Kra81].
Figura 4.6: Otto von Guericke (1602-1686).
titu´ıda de dois hemisf´erios de bronze que estavam simplesmente justapostos. O ar era retirado de dentro da esfera com a bomba e dois grupos com oito cavalos de cada lado tinham uma enorme dificuldade para separar os hemisf´erios. Por outro lado, ao ser introduzido novamente o ar na esfera, os dois hemisf´erios eram facilmente separados por qualquer pessoa.
Mas o que nos interessa aqui ´e uma outra experiˆencia realizada por Guericke.
Sua representa¸c˜ao desta experiˆencia est´a na Figura 4.7.
Figura 4.7: Experiˆencia na qual Guericke manteve uma penugem flutuando acima de uma esfera de enxofre atritada.
As cita¸c˜oes s˜ao de seu livro famoso:3
A Experiˆencia com a Qual podem ser Excitadas Atrav´es do Atrito sobre um Globo de Enxofre as Virtudes Importantes Mencionadas Anteriormente.
3[Gue94, Livro 4, Cap´ıtulo 15, p´ags. 227-231].
Caso a pessoa tenha interesse, ela deve pegar uma esfera de vidro, um pequeno frasco do tamanho de uma cabe¸ca de bebˆe e enchˆe-la com enxofre mo´ıdo em um pil˜ao. Ent˜ao, aquecendo-a, deve derreter o p´o. Depois de esfri´a-la deve quebrar a esfera [de vidro], extrair a bola [de enxofre] que sobrou e guard´a-la em um lugar seco de baixa umidade.
[...]
Se¸c˜ao 2.
Para demonstrar a virtude conservadora presente neste globo, deve-se colocar um eixo atrav´es de deve-seu centro com dois suportes,𝑎𝑏, apoi-ado sobre uma base,𝑎𝑏𝑐𝑑. Deve ter uma altura de um palmo desde a base [at´e a parte inferior do globo] e devem ser colocados abaixo [do globo] todos os tipos de pedacinhos de folhas, ouro, prata, papel, plantas e outras part´ıculas pequenas. Devemos ent˜ao tocar a esfera [de enxofre] com a m˜ao seca e friccion´a-la ou bater nela duas ou trˆes vezes, etc. Neste momento ela vai atrair para si os fragmentos j´a mencionados. Podemos agora perceber visualmente como a esfera da nossa Terra mant´em todos os animais e outros corpos em sua su-perf´ıcie e os leva consigo em seu movimento di´ario de vinte e quatro horas.
[...]
Se¸c˜ao 3.
Pode-se demonstrar claramente a presen¸ca da virtude expulsiva neste globo quando ele ´e removido da base mencionada acima e, sendo se-gurado na m˜ao [pelo eixo], ´e friccionado ou batido na maneira j´a des-crita. Ent˜ao ele n˜ao apenas atrai, mas tamb´em repele de si pequenos corpos do tipo daqueles mencionados anteriormente (dependendo do clima local). Uma vez que [este globo] tenha tocado estes corpos, ele n˜ao os atrair´a novamente at´e que eles tenham subsequentemente tocado algum outro corpo. Esta virtude pode ser claramente vista, em particular, em seu efeito sobre penas muito leves e macias, 𝑎, (pois elas caem para o solo muito mais lentamente do que outros pedacinhos e fragmentos [de outras substˆancias]). Assim, quando as penas s˜ao impelidas para cima e permanecem na esfera de a¸c˜ao deste globo, elas podem flutuar por um tempo bem longo [acima da esfera de enxofre], e podem ser levadas [flutuando] por toda a sala com o globo para qualquer lugar.
[...]
A Experiˆencia 4.4 ´e an´aloga a esta experiˆencia do Guericke, mas feita com um canudo de pl´astico em vez do globo de enxofre. Contudo, deve-se enfatizar que o pr´oprio Guericke n˜ao considerava a repuls˜ao da pena ou, como dizia, a virtude expulsiva do globo, como sendo um fenˆomeno intrinsecamente el´etrico.
Para ele a virtude expulsiva da esfera de enxofre era an´aloga `a virtude expulsiva demonstrada algumas vezes pelo planeta Terra. Por este motivo n˜ao se considera atualmente que Guericke tenha descoberto ou reconhecido a repuls˜ao el´etrica.
Esta montagem de Guericke ´e considerada por alguns autores como sendo a primeira m´aquina el´etrica da hist´oria. Ou seja, ´e um equipamento artificial com o qual se consegue produzir a eletrifica¸c˜ao de corpos. Mas o pr´oprio Guericke provavelmente n˜ao concordaria com isto. A bola de enxofre funcionava para ele como sendo uma r´eplica em miniatura da Terra. As v´arias “virtudes” exibi-das por ela, tanto atrativas quanto repulsivas, seriam ent˜ao uma exibi¸c˜ao exibi-das virtudes an´alogas possu´ıdas pela Terra. Portanto, para Guericke estas virtudes n˜ao seriam algo genuinamente el´etrico. Uma an´alise detalhada deste aspecto encontra-se, por exemplo, nos trabalhos de Roller e Roller, Krafft e Heilbron.4
O primeiro instrumento constru´ıdo intencionalmente para produzir a ele-trifica¸c˜ao de corpos ´e devido a Hauksbee (nasceu ao redor de 1666, falecendo em 1713), Figura 4.8.5 A manivela era movida manualmente e o globo de vi-dro girava rapidamente, sendo ent˜ao atritado colocando-se a m˜ao em contato com ele. Um instrumento como este ´e chamado de m´aquina el´etrica, m´aquina eletrost´atica,gerador triboel´etrico, ou degerador el´etrico por atrito.
Figura 4.8: M´aquina el´etrica de Hauksbee.
Experiˆencias an´alogas `a de Guericke foram feitas por Gray e por Francis Hauksbee em 1708. Eles utilizaram uma penugem sendo atra´ıda e depois
re-4[RR57, p´ags. 565-568], [Kra81] e [Hei99, p´ags. 215-216].
5[Hau09, Gravura VII], [RR57, p´ags. 565-568], [Hom67], [Hom81, p´ags. xiv-xv, 14, 42, 77 e 78n], [Que], [Hei81d] e [Hei99, p´ags. 230-234].
pelida por um tubo atritado de flint-glass (vidro composto de chumbo).6 Mais tarde veremos que ela teve um papel crucial em uma grande descoberta de Du Fay. O artigo de Gray de 1708 s´o foi publicado em 1954.7 Gray n˜ao cita o trabalho de Guericke, mas ´e poss´ıvel que tenha tido conhecimento de seu livro, embora n˜ao haja certeza quanto a isto. Hauksbee viu o artigo original de Gray e teve um papel importante para impedir a publica¸c˜ao deste artigo.8 Hauksbee publicou experiˆencias an´alogas de penugens flutuando sem mencionar os nomes de Gray e de Guericke.
Em seu artigo de 1708 Gray descreve doze experiˆencias utilizando um tubo de vidro que atritava com a m˜ao. Este tubo tinha 2 ou 3 cm de diˆametro, com um comprimento de 70 ou 80 cm. Citamos aqui apenas as quatro primeiras experiˆencias:9
Primeira experiˆencia. Sendo solta uma penugem dos dedos, ela veio at´e o [tubo de] vidro [atritado] distante mais de 30 polegadas [76 cm], algumas das fibras menores respondiam ao movimento da m˜ao enquanto o vidro estava sendo atritado `a distˆancia de mais do que 50 polegadas [1,3 m]. [Uma ilustra¸c˜ao desta experiˆencia aparece nas Figuras 4.9 e 4.10.]
(b)
(a) (c).
Figura 4.9: Solta-se uma penugem perto de um bast˜ao de vidro n˜ao atritado e ela cai ao solo.
(b)
F F F
(a)
F F F
(c).
F F F
Figura 4.10: Experiˆencia de Gray mostrando uma penugem sendo atra´ıda por um vidro atritado.
Segunda experiˆencia. Se, quando a pena tiver vindo ao vidro, ela for mantida [junto com o vidro] ao redor de 6 ou 8 polegadas [15 ou
6[Chi54], [Haub], [RR57, p´ags. 570 e 584-585], [Hom81, p´ag. 13] e [Hei99, p´ags. 235-236].
7[Chi54].
8[Hei81c] e [Hei99, p´ag. 236].
9[Chi54, p´ags. 34-35].
20 cm] distante de uma parede, de uma borda de mesa, do bra¸co de uma cadeira, ou de algo semelhante, ela ser´a atra´ıda para este corpo, e dele para o vidro novamente, ocorrendo isto por 10 ou 15 vezes seguidas sem cessar; ela voa para um corpo a uma distˆancia maior mas ent˜ao n˜ao retorna t˜ao frequentemente. [Uma ilustra¸c˜ao desta experiˆencia aparece na Figura 4.11.]
(b)
Figura 4.11: Experiˆencia de Gray mostrando uma penugem oscilando entre um vidro atritado e uma parede.
Terceira experiˆencia. Quando a pena est´a sobre o vidro e metade de suas fibras est˜ao estendidas em dire¸c˜ao a ele, com a outra [metade]
divergindo dele em dois cones, [a parte das fibras] mais afastada do vidro ´e muito mais obtusa do que a outra [parte]; se, quando a pena estiver nesta posi¸c˜ao, vocˆe apertar suas fibras entre seu ded˜ao e seu dedo [afastando-a um pouco do vidro], elas voltar˜ao [ao vidro] t˜ao logo sejam soltas e se dividir˜ao imediatamente no vidro e, como se tivessem preservado alguma mem´oria do dano sofrido, dificilmente elas ser˜ao persuadidas a tocar seus dedos novamente, mas isto n˜ao ocorre sempre assim.
Quarta experiˆencia. Quando a pena veio para o vidro e foi refletida por ele [isto ´e, depois que a penugem foi solta no ar, atra´ıda pelo vidro atritado, tocou nele e ent˜ao passou a ser repelida por ele], se vocˆe segu´ı-la com o vidro [atritado] ela fugir´a dele e n˜ao ser´a poss´ıvel de maneira alguma toc´a-la [com a parte atritada do vidro], at´e que ela seja levada para pr´oximo de uma parede na sala ou de algum outro corpo s´olido pelo qual ser´a atra´ıda e ent˜ao retornar´a livremente para o vidro [atritado], repetindo de novo suas reflex˜oes como na
segunda experiˆencia. Desta forma algumas vezes transportei a pena ao redor da sala `a distˆancia de 5 ou 6 polegadas [13 ou 15 cm]
sem toc´a-la e pude movˆe-la para cima e para baixo, de maneira inclinada ou horizontalmente, em uma linha [reta] ou em c´ırculo, de acordo com o movimento do vidro [atritado]. E se, quando a pena estava flutuando no ar, eu atritasse o vidro, a pena se afastaria mais dele, contudo, responderia ao movimento da minha m˜ao com um movimento vibrat´orio que n˜ao pode ser explicado pelo movimento do ar.