ENEM 2021 — questão 121 de Física
Enunciado em texto
Duas esferas carregadas com cargas iguais em módulo e sinais contrários estão ligadas por uma haste rígida isolante na forma de haltere. O sistema se movimenta sob ação da gravidade numa região que tem um campo magnético horizontal uniforme (B), da esquerda para a direita. A imagem apresenta o sistema visto de cima para baixo, no mesmo sentido da aceleração da gravidade (g) que atua na região.
Na figura, as linhas de campo magnético são horizontais e apontam para a direita; a carga positiva está à esquerda e a negativa à direita da haste; a gravidade é representada pelo símbolo de vetor entrando no plano da figura.
Visto de cima, o diagrama esquemático das forças magnéticas que atuam no sistema, no momento inicial em que as cargas penetram na região de campo magnético, está representado em
a), b), c), d), e) — cinco esquemas com setas de força desenhadas sobre as duas esferas do haltere.
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 diagrama das forças magnéticas sobre o haltere, visto de cima, no instante em que ele entra na região de campo.
Passo 1 — montar as três direções, com cuidado, porque o ponto de vista é a alma da questão.
O sistema cai: a velocidade tem a direção e o sentido da gravidade, para baixo.
A figura é vista de cima para baixo, no mesmo sentido de — por isso a gravidade aparece como o símbolo ("entrando no papel"). Logo também entra no papel.
O campo é horizontal, da esquerda para a direita, e nessa vista ele fica no plano do papel.
Passo 2 — a força magnética.
O produto vetorial exige que seja perpendicular a e a ao mesmo tempo. Perpendicular a (que entra no papel) significa: no plano do papel. Perpendicular a (que aponta para a direita) significa: na vertical da figura. Sobra uma única direção possível — para o alto ou para o pé da figura.
Passo 3 — os sentidos, e é aqui que a questão se decide. Aplicando a regra da mão direita para a carga positiva e invertendo para a negativa:
Isso não é um detalhe do desenho: é consequência direta do na fórmula. Mesma velocidade, mesmo campo, cargas de sinais contrários → forças invertidas. Qualquer alternativa que mostre as duas setas para o mesmo lado está errada por construção.
Passo 4 — o que o par de forças faz. Duas forças de mesmo módulo, sentidos opostos e linhas de ação diferentes (uma em cada ponta da haste) formam um binário: resultante nula, torque não nulo. O haltere gira em torno do centro enquanto cai, sem ser empurrado para lado nenhum. Elegante — e é exatamente o que a figura correta mostra.
Como eliminar as outras em dois segundos: (B) e (D) trazem as duas setas para o mesmo lado — impossível com cargas opostas. (E) tem os sentidos opostos, mas trocados em relação ao que a regra da mão direita dá. (C) põe as forças ao longo da haste, o que violaria a perpendicularidade a .
A ideia em uma frase: cargas opostas na mesma velocidade e no mesmo campo recebem forças opostas — e forças opostas em pontas diferentes fazem girar.
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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