ENEM 2020 Digital — questão 120 de Física
Enunciado em texto
Diversos brinquedos são constituídos de pilhas ligadas a um motor elétrico. A figura mostra uma pilha e um motor acoplados, em que ε representa a força eletromotriz (FEM) da pilha, ε' representa a força contraeletromotriz (FCEM) do motor e r e r' são resistências internas. Um problema comum que danifica esses brinquedos é o travamento do eixo do motor.
Na figura, a pilha (gerador de fem ε com resistência interna r) está ligada por uma chave ao motor (fcem ε' com resistência interna r'), cujo eixo aciona o brinquedo.
O que ocorre com a FCEM e com a energia fornecida pelas pilhas, que ocasiona danos ao motor, quando seu eixo de rotação é travado?
a) A FCEM iguala-se com a FEM e toda a energia fornecida pela pilha fica armazenada no circuito.
b) A FCEM sofre grande aumento e toda a energia fornecida pela pilha passa a ser dissipada na forma de calor.
c) A FCEM inverte a polaridade e toda a energia fornecida pela pilha é devolvida para ela na forma de energia potencial.
d) A FCEM reduz-se a zero e toda a energia fornecida pela pilha passa a ser dissipada na resistência interna do motor.
e) A FCEM mantém-se constante e toda a energia fornecida pela pilha continua sendo transformada em energia mecânica.
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 que acontece com a FCEM e com a energia da pilha quando o eixo do motor trava.
Passo 1 — o que é a força contraeletromotriz. Um motor girando é também um gerador: as espiras se movendo dentro do campo magnético induzem uma tensão que se opõe à da pilha. É a FCEM, . E ela nasce do movimento:
Passo 2 — o que acontece com o eixo travado. Sem rotação, não há variação de fluxo magnético, não há indução:
Passo 3 — o que sobra no circuito. Com a FCEM em zero, o motor deixa de ser motor e vira apenas um resistor — a resistência interna dos seus enrolamentos. A corrente dispara:
Passo 4 — para onde vai a energia. Girando, a maior parte da energia da pilha virava trabalho mecânico (era isso que a FCEM representava no balanço). Travado, não há trabalho nenhum: toda a energia entregue ao motor é dissipada por efeito Joule na resistência interna dele.
E a corrente entra ao quadrado. É por isso que o brinquedo travado esquenta, cheira a queimado e o enrolamento derrete — o motor está sendo destruído pela própria energia que deveria ter virado movimento.
Resposta: alternativa D (a FCEM reduz-se a zero e toda a energia fornecida pela pilha passa a ser dissipada na resistência interna do motor).
Por que as outras caem:
(A) "a FCEM iguala-se à FEM": isso aconteceria se o motor girasse livre e sem carga — aí a corrente cairia quase a zero. É o oposto exato do eixo travado. E energia não fica "armazenada no circuito".
(B) "a FCEM sofre grande aumento": ela vai a zero. A alternativa acerta a segunda metade (a energia vira calor) e erra a causa.
(C) "inverte a polaridade": a FCEM já se opõe à FEM por natureza; ela não se inverte, apenas desaparece.
(E) "mantém-se constante... transformada em energia mecânica": com o eixo travado não há energia mecânica nenhuma sendo produzida.
A ideia em uma frase: a FCEM é a assinatura do movimento; sem movimento ela some, a corrente dispara e o motor cozinha a si mesmo.
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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