Generalidades sobre a Lei do Inverso do Quadrado da Distância

Generalidades sobre a LIQD

Na física, uma lei do inverso do quadrado é qualquer lei que estabelece que uma quantidade física específica ou intensidade é inversamente proporcional ao quadrado da distância da fonte daquela quantidade física.

Essa lei geralmente aplica-se quando alguma força, energia, ou outra quantidade conservada é irradiada radialmente a partir de uma fonte puntual.


Desde que a área superficial de uma esfera (4πr ²) é proporcional ao quadrado do raio, assim que a radiação emitida afasta-se da sua fonte, ela deve se espalhar por uma área que é proporcional ao quadrado da distância dessa fonte.
Portanto, a radiação passando através de qualquer unidade de área é inversamente proporcional ao quadrado da distância da fonte puntual.


Onde se observa essa lei?


Gravitação
Força gravitacional



Eletrostática
Força elétrica





Campo elétrico



Acústica
Pressão sonora de uma frente de onda esférica



Velocidade de uma partícula nessa frente de onda esférica



Intensidade sonora



Luz e outras radiações eletromagnéticas

Intensidade luminosa é igual à potência dissipada sobre a área irradiada.

Com o auxílio de um LDR (Light Dependent Resistor) é possível medir a intensidade luminosa de uma fonte puntual posicionada a uma distância fixa do LDR, por exemplo.


Um LDR (do inglês Light Dependent Resistor ou em português Resistor Dependente de Luz) é um tipo de resistor cuja resistência varia conforme a intensidade de radiação eletromagnética do espectro visível que incide sobre ele.

Um LDR é um sensor que converte a luz em valores de resistência. 

É fabricado com sulfeto de cádmio (CdS) ou seleneto de cádmio (CdSe). 

Sua resistência elétrica diminui quando a intensidade luminosa se eleva. Quando a intensidade da luz diminui, a resistência elétrica no LDR aumenta. 

Pode-se acoplar um multímetro ao LDR e medir a resistência elétrica em situações de escuridão e/ou na presença de luz intensa. 

Os resultados típicos para um LDR padrão são listados abaixo:

• Escuridão : resistência máxima, geralmente acima de 1MOhm.

• Luz muito brilhante : resistência mínima, aproximadamente 100 Ohm.

Assim, com o auxílio de uma escala (uma régua, por exemplo) pode-se deslocar uma fonte luminosa em direção a um LDR e pode-se coletar dados de resistência elétrica no sensor em função da distância de separação entre os dois.

De posse desses dados, pode-se calcular a intensidade da luz em função da distância.

A coleta de dados pode ser realizada de forma automatizada com o auxílio de uma placa de microcontrolador.
O microcontrolador open source Arduino, por exemplo, é uma excelente opção para quem deseja montar um experimento desse tipo e que tem em mente sistematizar o processo de coleta de dados.

Com o microcontrolador, pode-se acoplar o sensor LDR em uma protoboard, criar um circuito elétrico que permita fazer as medições de resistência no LDR e passar esses dados para o computador.

Programando-se adequadamente a placa Arduino, pode-se ainda obter o valor médio da propriedade medida sem a necessidade de remontar o experimento a cada medida feita.

Assim, é possível obter dados consistentes e fidedignos e abordar questões da Física de maneira inovadora e instigante, promovendo uma aprendizagem significativa de conceitos da física e integrando a tecnologia à sala de aula.

Mais sobre o Arduino e o experimento de verificação da Lei do Inverso do Quadrado da distância nos próximos posts.