- Em um dia frio e com baixa umidade relativa do ar, uma criança brincava em um playground. Após descer várias vezes em um escorregador plástico liso, ela percebeu que seu cabelo ficava arrepiado e que pequenos pedaços de papel, próximos a ela, eram atraídos por sua mão ao se aproximar. Ao tocar rapidamente na estrutura metálica do escorregador, a criança sentiu um pequeno e breve choque elétrico. As condições ambientais (baixa umidade) e o movimento repetitivo da criança no escorregador foram cruciais para a observação desses fenômenos. Considerando os princípios da eletrização, o processo predominante que levou ao acúmulo de cargas elétricas no corpo da criança e a condição que favoreceu a manifestação desses efeitos são, respectivamente:
a) indução, devido à proximidade do escorregador metálico, facilitada pela alta condutividade do ar seco.
b) contato, pela transferência de cargas do escorregador para a criança, intensificado pela presença de umidade no ar.
c) atrito, entre as roupas da criança e a superfície do escorregador, cuja dissipação de cargas é dificultada pelo ar seco.
d) atrito, entre o ar e o corpo da criança, acelerado pela alta condutividade do ar úmido.
a) indução, devido à proximidade do escorregador metálico, facilitada pela alta condutividade do ar seco.
b) contato, pela transferência de cargas do escorregador para a criança, intensificado pela presença de umidade no ar.
c) atrito, entre as roupas da criança e a superfície do escorregador, cuja dissipação de cargas é dificultada pelo ar seco.
d) atrito, entre o ar e o corpo da criança, acelerado pela alta condutividade do ar úmido.
Passo 1
O enunciado pede que eu identifique o processo físico responsável pelo acúmulo de cargas no corpo da criança e a condição que favoreceu a observação dos efeitos descritos. Informações relevantes fornecidas pelo enunciado:
- Ambiente com baixa umidade relativa do ar (ar seco).
- Criança deslizando repetidamente num escorregador plástico e percebendo fenômenos eletrostáticos: cabelos arrepiados, pequenos pedaços de papel sendo atraídos pela mão, e um pequeno choque ao tocar a estrutura metálica do escorregador.
- O movimento repetitivo (deslizar várias vezes) é destacado como crucial.
Passo 2
O que são os mecanismos possíveis de eletrização (definições claras e simples):
- Indução: é um rearranjo de cargas em um objeto causado pela presença próxima de um corpo carregado, sem contato direto. A indução não transfere carga líquida entre os corpos; só separa cargas dentro de um condutor.
- Contato: é a transferência direta de cargas quando dois corpos tocam. Pode ocorrer transferência de elétrons entre eles até que se alcance algum equilíbrio.
- Atrito (triboeletricidade): é a transferência de elétrons que ocorre quando duas superfícies diferentes se esfregam/roçam uma contra a outra. Um material tende a perder elétrons e ficar positivo; o outro tende a ganhar elétrons e ficar negativo. Esse processo pode acumular carga em ambos.
Passo 3
Conceitos e fórmulas úteis, explicados de modo prático:
- Força eletrostática entre cargas puntiformes — Lei de Coulomb:
onde
é a força (N),
e
são as cargas (C),
é a distância entre elas (m) e
é a constante eletrostática (
). Isso explica por que cargas do mesmo sinal se repelem (p.ex. fios de cabelo com a mesma carga) e cargas de sinais opostos se atraem (p.ex. mão carregada e papel neutro polarizado).
- Polarização por aproximação: um corpo carregado cria um campo elétrico que induz uma separação de cargas em um objeto neutro próximo, produzindo atração (mesmo que o neutro não tenha carga líquida).
- Descarga eletrostática (faísca): quando a diferença de potencial entre dois pontos fica grande o suficiente para ionizar o ar, ocorre uma descarga rápida. O campo elétrico crítico para romper o ar é da ordem de
(de ordem de grandeza; na prática descargas pequenas ocorrem com campos menores localmente). Em ar seco, é mais fácil a diferença de potencial crescer sem se dissipar até causar uma pequena faísca.
- Papel e objetos leves: são facilmente polarizados e, portanto, são atraídos por mãos carregadas mesmo que o papel seja globalmente neutro.
Passo 4
Por que o atrito entre roupas/plástico é o candidato natural aqui (explicação didática, passo a passo):
- Materiais comuns de escorregador e roupas: o escorregador é plástico (isolante) e as roupas (ou cabelos) passam por contato repetido e deslizamento — condição típica de triboeletricidade. Plásticos tendem a ganhar elétrons (ficar negativos) ao roçar com certos tecidos; tecidos podem ficar positivos, segundo a série triboelétrica.
- Movimento repetitivo (deslizar várias vezes) aumenta a quantidade de eletrização acumulada porque a cada contato/atrito há nova transferência de elétrons.
- Ar seco (baixa umidade) funciona como isolante: as cargas geradas têm pouca via para se dissipar para o ar ou para a superfície do escorregador. Em ar úmido, camadas de água nas superfícies e a maior condutividade do ar facilitam a fuga das cargas, reduzindo esses efeitos.
- Observações específicas e sua ligação com atrito:
- Cabelos arrepiados: cada fio recebe carga do mesmo sinal e, pela repulsão eletrostática, os fios se afastam uns dos outros — daí o arrepio.
- Papel atraído: a mão carregada cria um campo que polariza o papel neutro; a força resultante atrai o papel (polarização + força de Coulomb local).
- Choque ao tocar metal: a estrutura metálica está conectada ao solo ou é um bom condutor; ao tocar o metal ocorre rápida neutralização (descarga) das cargas acumuladas — sente-se um pequeno choque. Isso é típico quando há acúmulo por atrito e baixa umidade.
Passo 5
Por que as outras alternativas estão incorretas (análise objetiva):
- Alternativa (a) indução, devido à proximidade do escorregador metálico, facilitada pela alta condutividade do ar seco.
- Errado porque indução não cria carga líquida no corpo (apenas separa cargas), então não explica acúmulo persistente que depois causa faísca. Além disso, o ar seco tem baixa condutividade (não alta), então a frase está invertida.
- Alternativa (b) contato, pela transferência de cargas do escorregador para a criança, intensificado pela presença de umidade no ar.
- Errado porque, embora contato possa transferir carga, o enunciado destaca baixa umidade (não presença de umidade). Além disso, a umidade tende a reduzir a eletrização estática (facilita dissipação), então a afirmação “intensificado pela presença de umidade” está incorreta.
- Alternativa (d) atrito, entre o ar e o corpo da criança, acelerado pela alta condutividade do ar úmido.
- Errado porque o atrito relevante é entre roupas/cabelo e a superfície plástica (não entre ar e corpo). Também mistura conceitos trocados: ar úmido tem maior condutividade e tende a reduzir, não aumentar, os efeitos eletrostáticos.
Passo 6
Conclusão final (ligando tudo de forma direta e amigável): o processo que melhor explica o acúmulo de carga é o atrito (triboeletricidade) entre as roupas/cabelo da criança e a superfície plástica do escorregador; e a condição que favoreceu os efeitos foi o ar seco (baixa umidade), que dificulta a dissipação das cargas. Essas causas explicam simultaneamente cabelos arrepiados, atração de papéis e o pequeno choque ao tocar o metal.
Resposta
c) atrito, entre as roupas da criança e a superfície do escorregador, cuja dissipação de cargas é dificultada pelo ar seco.