ITA 2010 — questão 19 de Física
Enunciado em texto
Constantes dadas na prova: Caso necessário, use os seguintes dados: … Permeabilidade magnética do vácuo: . …
Considere um aparato experimental composto de um solenoide com voltas por unidade de comprimento, pelo qual passa uma corrente , e uma espira retangular de largura , resistência e massa presa por um de seus lados a uma corda inextensível, não condutora, a qual passa por uma polia de massa desprezível e sem atrito, conforme a figura. Se alguém puxar a corda com velocidade constante , podemos afirmar que a força exercida por esta pessoa é igual a
[Figura: solenoide vertical, com a corrente indicada embaixo; dentro dele, uma espira retangular de largura , num plano vertical (o plano do papel, que contém o eixo do solenoide), presa pelo lado de cima a uma corda que sobe até uma polia fixa no alto e desce, inclinada, até uma pessoa que a puxa.]
A) com a espira dentro do solenoide.
B) com a espira saindo do solenoide.
C) com a espira entrando no solenoide.
D) com a espira dentro do solenoide.
E) e independe da posição da espira com relação ao solenoide.
(Enunciado e figura: Vestibular ITA 2010, prova de Física — ITA.)
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem ao Instituto Tecnológico de Aeronáutica (ITA).
Resolução comentada
O que a questão pede: a força que a pessoa faz para subir a espira com velocidade constante, e se ela depende da posição da espira em relação ao solenoide.
Passo 1 — o campo do solenoide. Dentro dele, o campo é uniforme, , e paralelo ao eixo (vertical).
Passo 2 — o fluxo na espira. A espira está num plano vertical que contém o eixo. O campo é paralelo ao plano da espira, então nenhuma linha de campo a atravessa: o fluxo é zero. E continua zero em qualquer posição: perto das bocas e fora do solenoide as linhas de campo se abrem, mas sempre em planos que contêm o eixo, ou seja, dentro do próprio plano da espira.
Sem fem induzida, não há corrente na espira e, portanto, nenhuma força magnética sobre ela.
Passo 3 — a força da pessoa. Velocidade constante, resultante nula: a tração na corda equilibra o peso. A polia ideal só muda a direção da corda, então a pessoa faz uma força , em qualquer posição da espira.
Por que não as outras: é a força de frenagem magnética de uma espira perpendicular ao campo com um lado atravessando a borda da região de campo; não é o caso aqui. E mesmo nesse caso, com a espira inteira dentro do campo uniforme (A) o fluxo não varia e a força seria zero. A (D) nem tem unidade de força.
⚠️ A armadilha: reconhecer o “problema clássico” da espira saindo do campo e marcar a (B) sem olhar a orientação. O que induz corrente é a variação do fluxo, e com o campo paralelo ao plano da espira o fluxo é sempre zero.
A ideia em uma frase: campo paralelo ao plano da espira não dá fluxo; sem variação de fluxo não há corrente induzida, e a força é só a que equilibra o peso.
Resposta: alternativa E (, em qualquer posição).
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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