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Disco de Arago
(Exemplo, velocímetro automotivo - correntes de Foucault)

Prof. Luiz Ferraz Netto [Léo]
luizferraz.netto@gmail.com 
leobarretos@uol.com.br 

Objetivo
Evidenciar as correntes turbilhonares de Foucault. Destacar o uso da lei de Lenz para explicar a ocorrência da força de Lorentz. Efetuar uma montagem didática simples, atrativa e funcional, altamente recomendada para laboratórios de física e Feiras de Ciências.

Modelo didático 1

Material
Disco de cobre ou alumínio, capaz de girar livremente no plano horizontal, pivotado por uma agulha (eixo vertical); plataforma de madeira, giratória, pivotada por agulha (eixo vertical); dois ímãs fortes (em forma de barra ou cilíndricos) fixados nos extremos da plataforma giratória; placa de plástico transparente ou vidro comum de janela.

Procedimento
Inicialmente deve-se mostrar que o disco de cobre ou de alumínio não experimenta nenhuma atração na presença dos ímãs; cobre e alumínio não são materiais ferromagnéticos. Feito isso, posicionam-se o disco de cobre (alumínio) e os ímãs giratórios de modo que os ímãs passem por baixo e perto da borda do disco. A fina placa de plástico ou de vidro é disposta horizontalmente no espaço que medeia entre o disco e os ímãs girantes (esta placa impede que a audiência possa pensar que as as correntes de ar despertadas pela plataforma giratória sejam as responsáveis pelo movimento do disco).

Agora, à mão, os ímãs são postos a girar mediante um bom impulso, para que adquiram alta velocidade. Imediatamente o disco de cobre começa também a girar, tentando seguir os ímãs. Nessa etapa, se bloquearmos a plataforma e a impulsionarmos para que girem em sentido contrário ao anterior, o disco de cobre retarda, para, e entra outra vez em movimento seguindo os ímãs no novo sentido.

Explanação
Uma f.e.m. é induzida no disco quando ocorre uma variação no campo magnético (devido ao movimento dos ímãs). Isso ocorre tanto na região do disco à frente do ímã como na região à sua traseira, durante sua passagem (veja ilustração abaixo). Nestas regiões, fluem as correntes parasitas de Foucault (correntes turbilhonares --- eddy currents, em inglês), no disco de cobre.

Justificação do movimento mediante aplicação da lei de Lenz --- de acordo com a lei de Lenz, o sentido destas correntes induzidas é sempre tal que, o fluxo magnético próprio que ela produz, se oponha à variação do fluxo magnético indutor (é a lei do contra):
--- quando o fluxo indutor aumenta, pela aproximação do ímã, o sentido da corrente induzida deve gerar fluxo que tende a afastar a região afetada, de modo que nela não ocorra ´aumento de fluxo´; a região se afasta do pólo que se aproxima (segue à frente do ímã) --- quando o fluxo indutor diminui, pelo afastamento do ímã, o sentido da corrente induzida deve gerar fluxo que tende a aproximar a região afetada, de modo que nela não ocorra ´diminuição de fluxo´; a região se aproxima do pólo que se afasta (segue a traseira do ímã) --- a região do disco (tanto à frente como a da traseira do ímã) é sempre arrastada no sentido de movimento do ímã.

Justificação do movimento mediante aplicação da força de Lorentz --- Do mesmo modo, observando-se as correntes induzidas e as forças de Lorentz subseqüentes, vê-se que tanto na região dianteira como na traseira (destacadas em amarelo), as forças de Lorentz (FL, na ilustração) fazem o disco se movimentar no mesmo sentido do movimento do ímã. Observe atentamente que somente as forças mais próximas ao ímã são forças motoras. Use a regra da mão esquerda para obter o sentido da força de Lorentz que age na corrente (i). Atente-se ao fluxo concatenado, útil, do vetor indução B.

Comentários
Fita crepe colada radialmente no disco facilita a observação da rotação por parte da audiência. O disco de cobre ou de alumínio (o de alumínio é mais fácil de se obter) pode ser equilibrado sobre a agulha-eixo usando pequenas porções de cera ou massa de moldar.
A demonstração pode ser executada ao contrário; faz-se girar o disco de cobre e se obtém como resposta a rotação dos ímãs na plataforma giratória. Essa inversão de demonstração é bastante comum na literatura; coloca-se uma agulha magnetizada (agulha de uma bússola suspensa por fio de seda) sobre um disco de cobre que gira rapidamente. O fenômeno foi observado por Arago em 1825. Arago não compreendeu o fenômeno; Faraday o interpretou em 1832.

Modelo didático 2

Nessa montagem, utilizei um disco de alumínio de cerca de 12 cm de diâmetro, dotado de três pequenos furos a 120o próximo à sua borda. Um suporte em L e três pedaços de fio de linha de bordar mantém o disco suspenso num plano horizontal.
Sob o disco há um pequeno motor de carrinho de brinquedo acionado por uma pilha de lanterna. No eixo do motor há um ímã cilíndrico de cerca de 10 cm de comprimento e diâmetro 1 cm. Apertando-se o interruptor (botão vermelho na foto), o ímã gira e arrasta o disco de alumínio pondo-o a girar no mesmo sentido do ímã.

O velocímetro dos automóveis funciona sob esse princípio; mediante um fio de aço a rotação da roda é transmitida para um pequeno ímã que gira rente a um pequeno disco de alumínio arrastando-o. Esse arraste é mostrado pelo ponteiro do velocímetro no painel do veículo. Eis fotos de minha montagem:
 

Bom sucesso a todos os consulentes do Feira de Ciências.

 


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