A balanca de torcao de coulomb

FÍSICA ELETROMAGNETISMO

1. A BALANÇA DE TORÇÃO DE COULOMB

A balança de torção de Coulomb ocupa um lugar preponderante na história da Física. Trata-se de um
instrumento que permite a verificação experimental da lei quantitativa das interações entre cargas
elétricas. De um modo geral a balança é constituída por uma caixa de vidro, cilíndrica ou quadrada,
fechada por uma tampa, também de vidro, da qual se eleva um tubo que termina num disco metálico de
onde está suspenso um fio de torção que sustenta uma agulha horizontal de goma laca. Esta agulha tem
numa das extremidades um pequeno disco vertical de latão e, na outra, uma esfera de medula de
sabugueiro. A altura da agulha é regulada por meio de um botão que faz rodar um eixo horizontal onde se
enrola o fio que a suspende. Este eixo está montado sobre um disco giratório no qual se encontra gravada
uma escala dividida em graus. Esta escala avança em relação a uma marca de referência, fixa na coluna
de vidro, de modo a possibilitar a medição de deslocamentos angulares.
O objetivo da experiência a realizar com este instrumento é, como se disse, a verificação da lei de
Coulomb. Começa-se por fazer com que o disco de latão toque numa esfera metálica que se encontra na
extremidade de uma vareta de vidro suspensa do tampo da balança. Nestas condições, tanto o disco como
a esfera devem estar descarregados e o fio de suspensão da agulha não deve estar sob torção. A finalidade
desta operação é definir uma posição de referência. Seguidamente, retira-se a esfera suspensa da tampa da
balança, e se eletriza. A esfera, ao ser recolocada no interior da balança, eletriza o disco de latão com
carga do mesmo sinal, observando-se uma repulsão entre ambos.
Nestas condições, a agulha começa a descrever um movimento oscilatório amortecido, até que pára. O
conjunto permanece então estático numa posição correspondente ao equilíbrio entre o momento da força
de repulsão e o da força de torção do fio. O ângulo de torção do fio pode ser medido através de uma
escala dividida em graus, marcada sobre a parede da caixa de vidro, à altura do plano horizontal da agulha
suspensa.
Ao rodar o disco de onde se suspende a agulha, por forma a fazer aproximar o disco da esfera, verifica-se
que o ângulo de torção aumenta, já que ambos estão eletrizados com carga do mesmo sinal. A nova
distância entre os corpos eletrizados pode ser obtida através da escala existente na parte superior da caixa
da balança. O registro de sucessivos ângulos de torção do fio, e das correspondentes distâncias entre a
esfera e o disco, permite a verificação da relação entre a intensidade da força de repulsão e o quadrado da
distância entre os corpos eletrizados.
A fim de verificar a relação entre a força de interação e a carga elétrica dos corpos, Coulomb utilizava
uma bola de medula de sabugueiro suspensa da agulha. Após registrar o ângulo de torção do fio de
suspensão, tal como no caso anterior, retirava a esfera da vareta de vidro, colocando-a em contacto com
outra de iguais dimensões. Desta operação, resultava uma diminuição do valor da sua carga para metade.
Ao ser recolocada na balança, observava-se que a repulsão elétrica entre a esfera metálica e a bola de
medula de sabugueiro era menos intensa. O novo ângulo de torção do fio, correspondente à nova posição
de equilíbrio, era menor do que no caso anterior. Repetindo este procedimento algumas vezes, obtinha-se
uma relação experimental válida.
Para além destas experiências, Coulomb desenvolveu outros métodos experimentais, baseados na medida
dos períodos de oscilação da agulha suspensa no fio de torção. De resto, este era o método a que recorria
para a calibração dos fios utilizados nas balanças de torção. Para que as experiências fossem bem
sucedidas, era conveniente proceder à secagem do ar no interior da balança. Para este efeito recorria-se a
um recipiente contendo cal viva.

2. O exemplar do Gabinete de Física, de caixa cilíndrica, foi adquirido em 1869 e já não está completo.
Daguin, Pierre-Adolphe, Traité Élémentaire de Physique, Paris, 1867, 3.ª edição, Tomo III, Livro V, n.º 1291.

FONTE: Disponível em <http://museu.fis.uc.pt/129.htm>. Acesso em 26/07/2015.

SUGESTÃO: Assistir aos vídeos:
Coulomb’s electrical torsion balance <https://youtu.be/_5VpIje-R54>
Coulomb invente une balance pour l’électricité (em francês)
<https://youtu.be/omobCEi20ng>