CAMPO ELÉTRICO DE UMA CARGA PUNTIFORME
Cléber Aparecido Sousa Silva – Aluno Pesquisador do curso de Física da UEMS.
Lourdes Lago Stefanelo - Profª. Pesquisadora da UEMS.
RESUMO
O presente estudo tem como objetivo facilitar o entendimento dos alunos e verificar o porquê de uma
carga ser capaz de exercer alguma força sobre outra sem tocá-la. Para desenvolver esta atividade foi
necessário a utilização de métodos de abordagem como: indutivo, bibliográfico e o estatístico.
Utilizando a técnica da observação direta extensiva, através da aplicação de questionário, na qual o
público investigado de ambos os gêneros com uma amostra representativa de 30 alunos com idade
entre 17 a 19 anos; de 20 a 23 anos; de 24 a 27 anos; de 28 anos em diante, estudantes do 3º ano
do ensino médio da cidade de Rio brilhante – MS. O tipo de amostragem foi o não probabilístico uma
vez que engloba uma determinada turma de estudantes. Quando pesquisado sobre o trabalho
experimental como meio de facilitação, o item que houve maior incidência foi que o conteúdo
ministrado, experimentalmente, é de melhor entendimento se comparado com as situações somente
teóricas; sobre a existência do campo elétrico, a maioria dos alunos defendem que a existência do
campo elétrico depende da presença da carga geradora naquele ponto específico do espaço; na
investigação sobre o que ocorre com os corpos carregados eletricamente no espaço, a maior parte
dos estudantes salientaram que os corpos elétricos alteram sua região no espaço; foi possível
verificar que para aprender conteúdos relacionados com a Física é necessário ter uma atenção
redobrada nas aulas; Com relação ao sistema de forças que atua em uma determinada distância,
houve incidência no item em que fala que força elétrica considera-se como um exemplo de força a
distância; Quanto à caracterização do campo elétrico como vetorial, é necessário verificar se o campo
possui uma direção e um sentido.
Palavras-chave: Força Elétrica; Corpos carregados; Experimentalmente.
ABSTRACT
This study aims to ease the comprehension of the students and verify why an electric charge can
render some power on another without touching it. In order to develop this activity, it was necessary to
use approach methods such as the inductive, bibliographical and statistical one, as well as the
technique of extensive direct observation, through questionnaires. The public surveyed comprised a
representative sample of 30 students, from masculine and feminine genders, whose age-groups were
17-19, 20-23 and 24-27 years old, and older than 28. They are 3rd-grade students of high school, in
Rio Brilhante City-MS. The sampling was the non-probabilistic type, since it involves a certain class of
students. About the research on “experimental work as a means of facilitating the teaching-learning”,
the item most recurrent was that the content taught experimentally is of better understanding, when
compared to solely theoretical classes. On the existence of electric field, most students stood up for
the existence of an electric field depends on the presence of a generator charge in the specific point of
the space. In the survey of what happens to the bodies electrically charged in the space, most
students remarked that electric bodies change their region in space. It was possible to verify that, in
order to learn contents related to Physics, it is necessary to be doubly attentive to the class. Regarding
the system of forces acting at a certain distance, there was incidence on the item that says electric
power is considered as example of distance power. As for the classification of the electric field as
vector-like, it is necessary to check whether the field has course and direction, or not.
Keywords: Electric Force; Bodies loaded; experimentally.
INTRODUÇÃO
É de conhecimento geral que os corpos que possuem propriedades elétricas
têm por características se repelirem ou se atraírem quando expostos a outros corpos
eletrizados de prova, mesmo estando separados por uma determinada distância.
Desta forma podemos identificar este conceito de atração ou repulsão como uma
força atuante em uma distância.
O que especificamente facilita a aprendizagem do conceito de campo
elétrico? Como podemos identificar a existência de forças atuando sobre as cargas
elétricas?
Este estudo foi apresentado para jovens do 3º ano do ensino médio em forma
de um seminário, e tem por intuito despertar interesse nos expectadores com
relação a fenômenos elétricos e seguidamente avaliá-los com um questionário,
testando o nível de conhecimento de cada um.
Tem-se como objetivo central facilitar o entendimento dos alunos, verificar o
porquê de uma carga ser capaz de exercer alguma força sobre outra sem tocá-la. E
identificar as linhas de força atuando no sistema de cargas, além de compreender
que o campo elétrico é um conjunto de vetores e uma propriedade das cargas
elétricas.
Considerando que o tema é de fundamental importância para o público
destinado, pois está relacionado com fenômenos do nosso cotidiano, surgiu a ideia
de desenvolver este trabalho, incentivado por disponibilizar de um laboratório de
informática com boas condições para elaboração do mesmo e como requisito de
avaliação parcial da disciplina de Metodologia Científica.
Os alunos tendo um contato maior com recursos experimentais, terão um bom
desempenho nas aulas; os alunos tendo uma atenção redobrada nas aulas de física,
terão uma aprendizagem de melhor qualidade; havendo conhecimento sobre o que
caracteriza um vetor, logo se entende por que o campo que envolve uma carga
elétrica é uma força vetorial; se houver participação e interação dos educandos no
seminário apresentado existem grandes possibilidades de que eles compreendam
melhor o porquê de o campo elétrico ser um sistema de força que atua a distância.
REVISÃO DE LITERATURA
Entende-se que o campo elétrico é considerado um sistema de forças atuante
em um determinado espaço que possua uma carga fonte próxima, “[...] a força
elétrica que uma carga elétrica exerce sobre outra é um exemplo de força de ação a
distância […] Uma carga elétrica provoca um campo elétrico em todo espaço, e é
esse campo que atua sobre a partícula distante. [...]” (TIPLER 2000,). Entretanto
Halliday; Resnick; Krane (2008) complementam que a força que uma carga exerce
sob outra pode se estender ao longo de grandes distâncias.
Em concordância, Máximo; Alvarenga (2000) defendem que a existência do
campo elétrico em um ponto do espaço não depende da presença da carga
geradora naquele ponto específico, desta forma pode existir campo elétrico, embora
não haja carga geradora nas proximidades, entretanto, só podemos ter certeza que
há um campo elétrico em alguma determinada área quando colocamos uma carga
de prova para verificar se há atuação de força elétrica sobre ela, o que permite
concluir se há ou não um campo naquela região.
Portanto, como salientam Sampaio; Calçada (2005), qualquer partícula
eletrizada que for colocada na região de um campo elétrico ficará sujeita a uma força
de atração ou repulsão conforme os sinais das cargas envolvidas, e que o campo é
uma grandeza vetorial, pois possui uma direção e um sentido definido em cada
ponto do espaço.
De acordo com os estudos realizados por Gaspar (2008) para caracterizar o
campo elétrico como grandeza vetorial é necessário definir uma outra grandeza,
denominada pelo vetor campo elétrico.
É importante ressaltar que o campo é representado por linhas de força, [...]
“As linhas do campo elétrico são também chamadas de linhas de Força, pois
mostram, em cada ponto, a direção da força que se exerce sobre uma carga de
prova [...]” (TIPLER, 2000). Entretanto, essas linhas são imaginarias e não
representam situações concretas.
Segundo Gaspar (2008), Os corpos carregados eletricamente alteram sua
região no espaço em que se encontram, porém não e possível visualizar essa
alteração, o que tornaria mais fácil entender como acontece a interação elétrica
entre corpos carregados. È por este fato que os físicos utilizam o conceito de linhas
de força.
Entretanto segundo Lopes (2004) a aprendizagem de Física no geral exige
uma atenção a mais dos alunos, que na maioria das vezes reclamam das
dificuldades da disciplina e de suas particularidades nos cálculos, sendo necessário
o domínio dos conteúdos para o desenvolvimento dos exercícios. De acordo com o
autor em questão, existem diversos meios de facilitação da aprendizagem, um deles
é o trabalho experimental em que os problemas são resolvidos, na maioria das
vezes, mecanicamente, possibilitando um raciocínio menos complexo associando o
fato de estar trabalhando com materiais concretos. Entretanto, na maioria das
escolas há poucas condições para realização do experimento sejam elas por falta de
programação ou falta de material.
METODOLOGIA
O objetivo central é verificar o entendimento dos estudantes do ensino médio
sobre o porquê de uma carga ser capaz de exercer alguma força sobre outra sem
tocá-la. Para desenvolver esta atividade foi necessário a utilização de métodos de
abordagem dentre eles podemos dar ênfase ao indutivo, o bibliográfico e o
estatístico. Utilizando a técnica da observação direta extensiva, através da aplicação
de questionário, em que o público investigado de ambos os gêneros com uma
amostra representativa de 33 alunos estudantes do 3º ano do ensino médio da
cidade de Rio brilhante – MS. O tipo de amostragem foi o não probabilístico, uma
vez que engloba uma determinada turma de estudantes.
ANÁLISE E INTERPRETAÇÃO DOS RESULTADOS
Após a aplicação dos questionários, os dados codificados foram apresentados
os resultados da pesquisa em forma de tabelas, fazendo a comparação com a
literatura.
A amostra composta por 17 pessoas do público investigado do gênero
feminino, totalizando 56,7% enquanto o público do gênero masculino representados
por 13 pessoas, simboliza 43,3%. Com relação à faixa etária, 27 alunos estão entre
uma faixa de 17 a 19 anos, correspondendo a 90% do total investigado, enquanto
que 2 dos investigados englobam a faixa de 20 a 23 anos somando 6,6%, e apenas
1 se inclui na faixa de 24 a 27 anos total 3,4%.
Conforme os dados, 12 alunos no total de 40% entendem que há facilitação
na aprendizagem quando é desenvolvido o trabalho experimental, em que eles se
interagem realizando simulações de situações reais. No entanto, 15 alunos, isto é
50% no total afirmam que o conteúdo ministrado, experimentalmente, é de melhor
entendimento se comparado com as situações somente teóricas, enquanto que 3
alunos totalizando 10%, defendem que a ação experimental facilita a aprendizagem
apenas por tratar da resolução dos problemas mecanicamente. Através de todos os
itens da investigação foi possível comprovar teoricamente as ideias de Lopes (2004)
que em amplas palavras defende que para se ensinar Física e necessário usar
artifícios, um dos mais importantes é o trabalho experimental, pois se trata de algo
concreto, que simula situações reais, despertando o interesse dos alunos para
resolução dos problemas mecanicamente. Entretanto, o estudo teórico não pode ser
em momento nenhum desprezado por se tratar de um aspecto de fundamental
importância para a execução de algum experimento. Portanto, o item investigado
confirma a primeira hipótese estabelecida anteriormente, do que os alunos
experienciando
um contato maior com recursos
experimentais, terão
um
desempenho melhor no decorrer das aulas.
Com 17 alunos, totalizando 56,6% defendem que a existência do campo
elétrico depende da presença da carga geradora naquele ponto específico do
espaço, no entanto outros 13, no total de 43,4% entendem que o campo elétrico só
existe no espaço se houver uma força elétrica sob algum corpo ali testado.
Entretanto, Máximo; Alvarenga (2000) defendem, que a existência do campo elétrico
em um ponto do espaço não depende da presença da carga geradora naquele ponto
específico, desta forma pode existir campo elétrico, embora não haja carga geradora
nas proximidades, isto contradiz a alternativa mais citada; por outro lado, só
podemos ter certeza que há um campo elétrico em determinada área quando
colocamos uma carga de prova para verificar se há atuação de força elétrica sobre
ela, o que permite concluir se há ou não um campo naquela região.
No quesito o que ocorre com os corpos carregados eletricamente no espaço,
18 alunos salientaram que os corpos elétricos alteram sua região no espaço e estes
são representados por 60% da amostra. Por outro lado, 9 no total de 30% concluem
que os corpos carregados de uma mesma região promovem interações uns com os
outros, e apenas 3 no total de 10%, defendem que os corpos carregados quando
dispersos em determinado lugar possuem características de se atraírem ou
repelirem. Segundo Gaspar (2008), os corpos carregados eletricamente alteram sua
região no espaço em que se encontram, porém, não e possível visualizar essa
alteração, o que tornaria mais fácil entender como acontece a interação elétrica
entre corpos carregados. É por este fato que os físicos utilizam o conceito de linhas
de força. Todavia, como salientam Sampaio; Calçada (2005), qualquer partícula
eletrizada que for colocada na região de um campo elétrico ficará sujeita a uma força
de atração ou repulsão conforme os sinais das cargas envolvidas.
Foi possível verificar que 25 alunos, 83,3 % no total, opinaram que para
aprender conteúdos relacionados com a Física e é necessário ter uma atenção
redobrada nas aulas. Entretanto outros 5, simbolizando 16,7 %, entendem que uma
das principais exigências da disciplina é o domínio das técnicas de cálculo.
Conforme salienta Lopes (2004) a disciplina em questão realmente exige uma
atenção a mais do educando, pelo fato de explicar todos os fenômenos físicos que
acontecem em nosso planeta, porém é indispensável ter conhecimentos e algum
domínio sobre as particularidades dos cálculos, para a resolução dos exercícios. O
quesito pesquisado coincidem com as ideias de Lopes (2004) e comprovam nossa
hipótese de que, os alunos tendo uma atenção redobrada nas aulas de física, terão
uma aprendizagem de melhor qualidade.
Com relação ao sistema de forças que atua em uma determinada distância,
17 entrevistados no total de 56,6% citaram que a força elétrica considera-se como
um exemplo, outros 13 no total de 43,4% opinam que uma carga elétrica provoca um
campo elétrico em todo espaço. O item que houve maior incidência é confirmado por
Tipler (2000), que deixa claro que a força elétrica é uma força de ação a distância,
entretanto, Halliday; Resnick; Krane (2008) complementam que a força que uma
carga exerce sob outra pode se estender ao longo de grandes distâncias. Tipler
(2000) também comenta sobre o segundo item pesquisado que retrata que uma
determinada carga provoca um campo elétrico em todo o espaço ocupado por ela. A
presente investigação apenas confirmou as teorias dos autores citados, e, através
disso foi possível validar a hipótese de que, se houver participação e interação dos
educandos no seminário apresentado, existem grandes possibilidades de eles
compreenderem melhor o porquê do campo elétrico ser um sistema de força que
atua a distância.
Quanto à caracterização do campo elétrico como vetorial, 6 alunos citaram
que é necessário definir uma outra grandeza, o vetor campo elétrico, para poder
caracterizar o campo elétrico como uma força vetorial, estes somam 20% do total
pesquisado, entretanto, 24 estudantes total de 80%, afirmaram que para caracterizar
o campo elétrico como vetorial é necessário verificar se o campo possui uma direção
e um sentido. De acordo com os estudos realizados por Gaspar (2008) para
caracterizar o campo elétrico como grandeza vetorial é necessário definir uma outra
grandeza, denominada pelo vetor campo elétrico, porém o tópico no qual houve
maior incidência, condiz com o modelo teórico de Sampaio; Calçada (2005), que o
campo é uma grandeza vetorial, pois possui uma direção e um sentido definido em
cada ponto do espaço. Com base nessa concordância entre a pesquisa e a literatura
foi possível comprovar a hipótese de que, havendo conhecimento sobre o que
caracteriza um vetor, logo se entende por que o campo que envolve uma carga
elétrica é uma força vetorial.
CONCLUSÃO
Através deste estudo foi possível verificar que, para os alunos, o conteúdo
ministrado experimentalmente, é de melhor entendimento se comparado com as
situações em que o professor usa apenas teorias para explicar a ação dos
fenômenos físicos e a resolução dos exercícios. Como estabelecido pela hipótese
principal os alunos tendo um contato com recursos experimentais, terão um bom
entendimento do conteúdo apresentado, posteriormente um melhor desempenho no
decorrer das aulas. Verificou-se que a problemática na qual a pesquisa é baseada
foi sanada uma vez que as respostas ao instrumento de pesquisa nos mostrou que
os alunos possuem maior facilidade de aprender se forem utilizados métodos
experimentais, por outro lado, o seminário apresentado surtiu efeito positivo, pois
esclareceu algumas dúvidas evidentes, desta forma o objetivo central foi
concretizado devido ao trabalho ter facilitado a aprendizagem dos alunos.
REFERÊNCIAS
GASPAR, Alberto. Física: 1ª Ed., Vol. Único. São Paulo: Atica, 2008.
HALLIDAY, David; RESNICK, Robert; KRANE, Kenneth. Física. 5ª Ed., Vol. 3. Rio de
Janeiro: Livros Técnicos e Científicos S. A., 2008.
LOPES, J. BERNARDINO, Aprender e ensinar Física: Vol Único. Fundação
Calouste Gulbenkian. Março, 2004.
MÁXIMO, Antônio;
Scipione, 2000.
ALVARENGA, Beatriz: Física: 1ª Ed., Vol. 3. São Paulo:
SAMPAIO, José Luiz; CALÇADA, Caio Sérgio. Física: ondulatória,
eletromagnetismo e física moderna. 2ª Ed., Vol. 3. São Paulo: Atual, 2005.