ACAFE 2023 (Inverno) — questão 35 de Física
Enunciado em texto
João Pedro é um estudante muito dedicado e ao mesmo tempo um garoto que se preocupa com a qualidade de vida humana e o bem-estar do planeta. Baseado em suas aulas de física, ele monta um experimento para aquecer a água, que está dentro de um recipiente totalmente isolado, utilizando um gerador de corrente elétrica alternada e sua própria bicicleta.
[Figura 6: uma criança pedala uma bicicleta cuja roda traseira, por uma fita, gira o rotor de um “Gerador”; o gerador está ligado a um recipiente com “Água” e um termômetro. Em destaque, o “Sistema de transmissão da bicicleta”: a “Coroa (Acionada pelos pedais)”, maior, ligada pela “Correia” à “Catraca (Associada Roda da bicicleta)”, menor; setas curvas mostram as duas girando no mesmo sentido; um “Pedal” está indicado.]
FIGURA 6
O experimento funciona da seguinte maneira, João Pedro aciona o movimento da coroa com os pedais da bicicleta, a correia transmite o movimento até a catraca, que movimenta a roda. A roda está conectada a uma fita isolante, que transmite o movimento ao gerador, e, por fim, a água é aquecida no interior do recipiente.
De acordo com o exposto acima sobre o experimento, analise as afirmativas.
I. No gerador responsável pela transmissão de energia, as energias envolvidas no processo são: cinética, potencial gravitacional, elétrica e térmica.
II. O princípio de funcionamento do gerador está baseado na lei de Lenz.
III. A transmissão de movimentos entre a coroa e a catraca na bicicleta ocorre, pois ambas têm a mesma velocidade angular.
IV. Para aumentar a potência de aquecimento da água, no reservatório, deve-se reduzir o diâmetro da catraca e/ou aumentar o diâmetro da coroa da bicicleta.
Marque a alternativa CORRETA.
A) Apenas as afirmativas I e III estão corretas.
B) Apenas as afirmativas I, II e IV estão corretas.
C) Apenas a afirmativa IV está correta.
D) Apenas as afirmativas II e III estão corretas.
(Enunciado e figura: Vestibular de Medicina ACAFE — Inverno 2023, Física — ACAFE.)
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à Associação Catarinense das Fundações Educacionais (ACAFE).
Resolução comentada
O que a questão pede: julgar quatro afirmações sobre a cadeia pedal → correia → roda → gerador → água quente.
Passo 1 — afirmativa III (transmissão por correia). A correia não escorrega nem estica, então todos os seus pontos andam com a mesma rapidez: coroa e catraca têm a mesma velocidade linear na borda, . Como os raios são diferentes, as velocidades angulares são diferentes (a catraca, menor, gira mais rápido). Falsa.
Passo 2 — afirmativa IV (potência). Da igualdade das velocidades lineares:
Para o mesmo ritmo de pedalada, diminuir a catraca ou aumentar a coroa faz a roda (presa à catraca) girar mais rápido. O gerador gira mais rápido, o fluxo magnético nas suas bobinas varia mais depressa, a força eletromotriz induzida aumenta e a potência entregue à água aumenta (é claro que o ciclista tem de fazer mais força: a energia vem dele). Verdadeira.
Passo 3 — afirmativa I (energias). No gerador, energia cinética de rotação vira energia elétrica, que na água vira energia térmica. Nada sobe nem desce nesse processo: não há energia potencial gravitacional envolvida. Falsa.
Passo 4 — afirmativa II (princípio do gerador). O gerador funciona por indução eletromagnética, cuja lei é a de Faraday: a variação do fluxo magnético induz força eletromotriz. A lei de Lenz só dá o sentido da corrente induzida (ela se opõe à variação do fluxo). Dizer que o princípio está “baseado na lei de Lenz” é incompleto, e a afirmativa é considerada falsa.
Só a IV está correta.
Conferindo pelas alternativas: como a III é claramente falsa, (A) e (D) caem; entre (B) e (C), quem decide é a afirmativa I, e a energia potencial gravitacional não participa do gerador. Fica a (C).
⚠️ A armadilha: achar que coroa e catraca giram “juntas” com a mesma velocidade angular (alternativas A e D). Isso vale para coroa e pedal (mesmo eixo) e para catraca e roda (mesmo eixo); entre coroa e catraca, ligadas pela correia, o que é igual é a velocidade linear.
A ideia em uma frase: correia iguala velocidades lineares, eixo comum iguala velocidades angulares; o gerador converte cinética em elétrica por indução (Faraday), e Lenz dá o sentido.
Resposta: alternativa C (apenas a IV).
Vídeo em breve
A resolução em vídeo desta questão ainda não foi gravada. A explicação escrita acima está completa, passo a passo. Novos vídeos saem no canal do Professor Filatte.
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