Física do ensino fundamental · Grades 1–9
25Ímãs e bússola
Anos atrás você descobriu que as duas pontas de um ímã são diferentes: de um jeito dois ímãs se grudam, virados eles se empurram. Prometemos que aquelas pontas tinham nome e um serviço famoso — guiar viajantes pelo mundo inteiro. Hoje a promessa é cumprida: sejam bem-vindos os polos, e o pequeno instrumento que achou o caminho para todos os exploradores antes de existirem satélites.
25.1 Os dois polos
Definição 25.1 (Polos)
As duas pontas especiais de um ímã — onde o puxão dele é mais forte, onde os clipes se juntam — são os polos dele. Eles se chamam polo norte (muitas vezes pintado de vermelho, marcado com N) e polo sul (marcado com S). Todo ímã tem os dois: um de cada, sempre.
Proposição 25.2 (A regra dos polos)
Polos opostos se atraem: N gruda em S. Polos iguais se repelem: N empurra N para longe, S empurra S para longe. Essa regra só já explica cada grudada e cada recusa elástica que você já sentiu entre dois ímãs.
Exemplo 25.3 (Relendo as experiências antigas)
Quando os seus dois ímãs se grudaram, um N estava de frente para um S. Quando eles se recusaram com aquela elasticidade, N estava de frente para N (ou S para S). E os clipes sempre se juntavam nas pontas porque é nos polos que mora a força de um ímã — o meio dele é a calmaria entre os dois.
25.2 A Terra é um ímã
Exemplo 25.4 (O maior ímã de todos)
Pendure um ímã em barra num fio, de modo que ele possa girar livre, espere ele se acalmar — e acontece uma coisa maravilhosa: ele sempre para apontando na mesma direção, com um polo virado para o extremo norte do mundo e o outro para o extremo sul. Algum ímã gigante e invisível deve estar puxando os polos dele para essa posição. Esse gigante é a própria Terra: o nosso planeta inteiro é um ímã, com os polos magnéticos dele perto do topo e do fundo do globo.
Definição 25.5 (Bússola)
Uma bússola é uma agulha imantada, pequena e leve, equilibrada sobre um apoio fino para poder girar livremente. Deixada em paz, a agulha obedece ao ímã-Terra: a ponta marcada dela fica apontando para o norte. Debaixo da agulha, um mostrador traz os quatro pontos cardeais: Norte, Leste, Sul e Oeste.
Método 25.6 (Usar uma bússola)
- Segure a bússola na horizontal e firme, longe de ímãs e de objetos grandes de ferro (cercas, carros — eles distraem a agulha);
- espere a agulha parar de oscilar;
- gire o mostrador da bússola com cuidado até o N dele ficar embaixo da ponta marcada da agulha;
- leia as suas direções: o Leste à sua direita quando você está de frente para o norte, o Oeste à sua esquerda, o Sul às suas costas.
Confira com o céu: por aqui, a sombra de meio-dia do capítulo do relógio de sol aponta para o norte — sombra e agulha devem concordar.
Exemplo 25.7 (Faça uma você mesmo)
Passe um polo de um ímã sobre uma agulha de costura de aço, vinte vezes, sempre no mesmo sentido, afastando o ímã entre uma passada e outra: a agulha vira ela mesma um pequeno ímã. Deite-a com cuidado sobre uma rodela de cortiça flutuando numa bacia de água — e olhe a cortiça girar devagar até a agulha apontar na direção norte–sul. Você construiu a bússola dos navegantes de mil anos atrás.
Observação 25.8 (O instrumento que abriu os oceanos)
Antes da bússola, os navegantes se agarravam à costa e rezavam por noites limpas para se guiar pelas estrelas. Com uma agulha flutuante, eles podiam manter o rumo em meio a neblina, tempestade e escuridão sem lua — atravessando oceanos inteiros. Poucos instrumentos redesenharam tanto o mapa do mundo. E um enigma ficou em aberto por séculos: por que a Terra age como um ímã? A história completa espera nos anos de graduação deste curso — ela vale a espera.
25.3 Exercícios
Exercício 25.1 ★
O que são os polos de um ímã, e quais são os nomes deles? Em que parte de um ímã em barra os clipes se juntam?
Solução
Solução de Exercício 25.1.
Os polos são as duas pontas fortes do ímã: o polo norte (N, muitas vezes vermelho) e o polo sul (S). Os clipes se juntam nos polos — nas pontas — e não no meio.
Exercício 25.2 ★
Enuncie a regra dos polos. Dois ímãs se grudam: quais polos estavam de frente um para o outro?
Exercício 25.3 ★
O polo N de um ímã se aproxima do polo N de outro. O que acontece? E N na direção de S?
Solução
Solução de Exercício 25.3.
N na direção de N: eles se empurram (polos iguais se repelem). N na direção de S: eles se puxam e grudam.
Exercício 25.4 ★
Por que um ímã em barra pendurado livremente sempre para apontando na mesma direção? O que isso revela sobre a Terra?
Exercício 25.5 ★
Diga os quatro pontos cardeais em ordem, começando pelo Norte e girando para a direita. De frente para o norte, qual direção fica à sua direita?
Solução
Solução de Exercício 25.5.
Norte, Leste, Sul e Oeste. De frente para o norte, o Leste fica à sua direita.
Exercício 25.6 ★
Por que uma bússola precisa ficar longe de ímãs, cercas de ferro e carros enquanto você a lê?
Exercício 25.7 ★
Descreva como transformar uma agulha de costura em agulha de bússola, e como deixá-la girar livremente sem um apoio.
Solução
Solução de Exercício 25.7.
Passe um polo de um ímã sobre a agulha, vinte vezes no mesmo sentido, afastando o ímã entre uma passada e outra — ela vira um pequeno ímã. Deite-a sobre uma rodela de cortiça flutuando numa bacia de água: a cortiça flutuando é um apoio feito de água, e a agulha gira até apontar na direção norte–sul.
Exercício 25.8 ★
Do capítulo do relógio de sol: para que direção aponta a sombra de meio-dia por aqui? Como isso pode conferir uma bússola — ou substituir uma bússola perdida?
Exercício 25.9 ★
Por que a bússola era um tesouro tão grande para os navegantes, comparada com se guiar pela costa ou pelas estrelas?
Solução
Solução de Exercício 25.9.
Ela funciona na neblina, sob nuvens, em noites sem lua e longe de qualquer costa — a agulha não pede nada ao céu. Os navegantes finalmente podiam manter o rumo em mar aberto com qualquer tempo.
Exercício 25.10 ★★
Uma caminhante segue rumo a um abrigo de montanha que fica exatamente ao norte. A agulha da bússola dela, segurada do jeito certo, aponta para a fivela do cinto do amigo em vez de apontar para o norte sempre que ele fica perto, à esquerda dela. O que está acontecendo, para que direção ela corre o risco de desviar e qual é a solução de um passo só?
Solução
Solução de Exercício 25.10.
A fivela de ferro do amigo puxa mais que o ímã-Terra a curta distância: a agulha aponta para a fivela, e não para o norte. Se confiasse nela, a caminhante desviaria — o falso “norte” fica à esquerda dela, então ela entortaria o caminho para a esquerda, na direção do oeste. A solução: ler a bússola longe da fivela (alguns passos de distância) e só então caminhar.
Exercício 25.11 ★★
Um ímã é serrado ao meio, entre os dois polos dele, na esperança de ficar com um N sozinho numa mão e um S sozinho na outra. A sabedoria dos navegantes — e todas as experiências já feitas — diz que cada metade acaba sendo um pequeno ímã completo, com os dois polos. Teste essa afirmação em pensamento com a receita da agulha de bússola: a agulha de costura imantada é curta — ela tem um polo ou dois? O que isso sugere sobre caçar um polo sozinho a golpes de serra?
Solução
Solução de Exercício 25.11.
A agulha curta imantada tem dois polos — as pontas dela se comportam como N e S (ponha duas agulhas dessas para flutuar e elas grudam ponta com ponta, com as pontas opostas se atraindo). Ou seja: encurtar um ímã não elimina um polo, e cortar um ímã ao meio só produz dois ímãs curtos completos: a caça a um polo sozinho a golpes de serra nunca termina — cada corte devolve os dois polos.