ENEM 2013 — questão 82 de Física

Enunciado em texto
Desenvolve-se um dispositivo para abrir automaticamente uma porta no qual um botão, quando acionado, faz com que uma corrente elétrica i = 6 A percorra uma barra condutora de comprimento L = 5 cm, cujo ponto médio está preso a uma mola de constante elástica k = N/cm. O sistema mola-condutor está imerso em um campo magnético uniforme perpendicular ao plano. Quando acionado o botão, a barra sairá da posição de equilíbrio a uma velocidade média de 5 m/s e atingirá a catraca em 6 milisegundos, abrindo a porta.
[Figura: uma barra condutora vertical, de comprimento L, na posição x = 0 de um eixo horizontal x (cm) orientado para a esquerda; a corrente i sobe pela barra. À esquerda, na posição C do eixo, fica a catraca (uma peça em forma de losango, presa no alto). Uma seta aponta para a esquerda, da barra em direção à catraca. Toda a região tem campo magnético entrando no plano (símbolos ⊗). Numa outra parte do desenho, o ponto médio da barra está preso, por uma haste isolante, a uma mola de constante k fixada numa parede à direita; um fio leva a corrente à barra.]
A intensidade do campo magnético, para que o dispostivo funcione corretamente, é de
a) T.
b) T.
c) T.
d) T.
e) T.
(Enunciado e figura: ENEM 2013, aplicação regular, Caderno 3 – Branco — INEP.)
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem ao ENEM.
Resolução comentada
O que a questão pede: o campo B que faz a força magnética na barra equilibrar a mola exatamente quando a barra chega à catraca.
Passo 1 — a distância até a catraca. A barra anda com velocidade média de 5 m/s durante 6 ms:
Passo 2 — a força da mola lá. Esticada (ou comprimida) 3 cm, a mola puxa a barra de volta com:
(k está em N/cm, então x vai em cm.)
Passo 3 — a força magnética. A barra, com corrente i perpendicular ao campo B, sofre uma força . Pela regra da mão, com i para cima e B entrando no plano, a força aponta para a esquerda, em direção à catraca, como a velocidade da figura. Na posição da catraca, essa força equilibra a mola:
⚠️ A armadilha: misturar centímetros e metros. Com k em N/cm, o x tem de ir em centímetros (3 cm), e na força magnética o L vai em metros (0,05 m). Deixar L = 5 cm, ou usar x = 0,03 com k em N/cm, leva a valores como T, que nem aparecem nas alternativas: sinal de que a unidade escapou.
A ideia em uma frase: a barra para na catraca quando a força magnética BiL iguala a força da mola kx; a distância vem de v·t = 3 cm.
Resposta: alternativa A ( T).
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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