EEAR 2021 (CFS 1) — questão 83 de Física
Enunciado em texto
Os microscópios de força atômica funcionam com base na força de repulsão (Força de Coulomb) entre os núcleos atômicos e uma haste muito fina carregada, chamada de ponta de prova.
Uma dessas pontas de prova é colocada verticalmente sobre uma amostra plana fixada na horizontal. A ponta de prova varre a amostra horizontalmente, conforme figura a seguir.
[Figura: uma amostra plana (“Amostra”) e, sobre ela, a “ponta de prova” vertical, ao longo do eixo y, com uma seta horizontal indicando o “movimento”; na superfície da amostra está desenhado o eixo x, no sentido do movimento.]
Suponha que essa ponta de prova esteja carregada positivamente e ao aproximar de um núcleo atômico meça a força de repulsão ao mesmo. E que essa força seja marcada no eixo y do gráfico como positiva e que o movimento de aproximação da ponta de prova se dá no eixo x do valor -d ao valor +d. Nessas condições, assinale a alternativa que apresenta o gráfico que corresponde ao valor da força medida pela ponta de prova.
a) [Gráfico: força pequena e quase constante perto de −d; cresce cada vez mais depressa até um pico alto em x = 0; depois diminui de forma simétrica até ficar pequena e quase constante perto de +d.]
b) [Gráfico: força pequena perto de −d; cresce até um pico alto em x = 0; ali cai de uma vez para zero e fica zero até +d.]
c) [Gráfico: força zero de −d até 0; em x = 0 salta para um valor alto e depois diminui até ficar pequena e quase constante perto de +d.]
d) [Gráfico: força alta e constante perto de −d; diminui até zero em x = 0; depois cresce de forma simétrica até o mesmo valor alto perto de +d.]
(Enunciado e figura: Exame de Admissão ao CFS 1/2021 — EEAR.)
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à Escola de Especialistas de Aeronáutica (EEAR), do Comando da Aeronáutica.
Resolução comentada
O que a questão pede: como varia a força de repulsão medida pela ponta enquanto ela passa por cima do núcleo, de −d até +d.
Passo 1 — a lei de Coulomb. A força cai com o quadrado da distância: . Longe do núcleo ela é pequena; quanto mais perto, maior, e cresce cada vez mais depressa.
Passo 2 — o caminho da ponta. De −d até 0, a ponta se aproxima do núcleo (que está em x = 0): a força cresce até o máximo, quando a ponta passa bem em cima dele. De 0 até +d, ela se afasta pelo outro lado: a força volta a diminuir, do mesmo jeito, porque só a distância importa.
O gráfico é um pico simétrico em x = 0: a alternativa A.
Por que não as outras: (B) e (C) zeram a força de um dos lados, como se ela existisse só na aproximação ou só no afastamento, mas o núcleo continua repelindo a ponta quando ela passa dele; (D) é o contrário: força máxima longe e nula em cima do núcleo.
⚠️ A armadilha: a (B), lendo “ao aproximar de um núcleo” como se a força só existisse na aproximação. A força depende da distância, não do sentido do movimento.
A ideia em uma frase: a força de Coulomb depende só da distância: ela cresce até o máximo em cima do núcleo e cai igual do outro lado.
Resposta: alternativa A.
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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