ITA 2023 — questão 11 de Física

Gabarito BMagnetismo — indução: ímã atravessando uma espira (lei de Lenz)1ª fase · Física

Enunciado da questão 11 de Física do ITA 2023 — Enunciado — imagem da prova

Enunciado em texto

Considere um arranjo experimental, representado na figura, em que um ímã pode se movimentar ao longo das retas $\overline{AB}$ ou $\overline{A^\prime B^\prime}$ , sempre com velocidade constante ( $v \ll c$ ). Uma espira retangular de auto-indutância desprezível é posicionada perpendicularmente a $\overline{AB}$ . Pelo centro da espira, o ponto $P$ , passam as retas $\overline{AB}$ e $\overline{A^\prime B^\prime}$ . A corrente elétrica na espira, observada desde a perspectiva de um observador no ponto $A$ , é positiva, por convenção, se estiver no sentido horário. O polo norte do ímã sempre aponta ou para $A$ ou para $A^\prime$ .

A respeito da situação física descrita, são feitas as seguintes afirmações:

[Figura: em perspectiva, uma espira retangular vertical com os dois terminais embaixo, no meio do lado inferior. A reta tracejada $\overline{AB}$ é horizontal, perpendicular à espira e passa pelo centro $P$ ; $B$ fica de um lado da espira e $A$ do outro. Sobre essa reta, entre $P$ e $A$ , há um ímã em barra com o polo S voltado para $P$ e o N voltado para $A$ . Uma segunda reta tracejada, $\overline{A^\prime B^\prime}$ , também passa por $P$ , mas inclinada em relação à espira: $B^\prime$ fica no alto, de um lado, e $A^\prime$ embaixo, do outro. Sobre ela, entre $P$ e $A^\prime$ , outro ímã com o S voltado para $P$ e o N para $A^\prime$ .]

I. Quando o ímã se desloca de $A$ para $P$ , a corrente na espira é negativa.

II. No momento em que o centro do ímã passa pelo ponto $P$ , a corrente na espira é zero.

III. Durante a passagem do ímã de $A$ para $B$ , haverá dois picos de corrente medidos.

IV. Quando o ímã passa por $\overline{A^\prime B^\prime}$ , a corrente máxima na espira é maior do que a corrente máxima quando o ímã passa por $\overline{AB}$ .

Das afirmações I a IV, acima destacadas, estão corretas

A) apenas I, III.

B) apenas II, III.

C) todas.

D) apenas III.

E) apenas I.

(Enunciado e figura: Vestibular ITA 2023, 1ª fase — 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: julgar quatro afirmações sobre a corrente induzida na espira quando o ímã passa por ela.

Passo 1 — o fluxo de $A$ até $P$ . O norte do ímã aponta para $A$ ; no eixo de um ímã, o campo do lado de fora aponta no mesmo sentido do vetor que vai do S para o N. Então, na espira, o campo do ímã aponta para $A$ , isto é, para o observador. Com o ímã se aproximando, esse fluxo aumenta.

Passo 2 — Lenz. A corrente induzida cria um campo que se opõe ao aumento: dentro da espira, um campo apontando para $B$ , para longe do observador em $A$ . Pela regra da mão direita, corrente que gera campo “entrando” na visão do observador circula no sentido horário: corrente positiva.

I. Incorreta. De $A$ até $P$ a corrente é positiva, não negativa.

II. Correta. O fluxo é máximo quando o ímã está centrado na espira: ele cresce enquanto o ímã chega e diminui enquanto o ímã se afasta, e a situação é simétrica em torno de $P$ . No máximo, a taxa de variação do fluxo é zero, e pela lei de Faraday a força eletromotriz, e com ela a corrente, é zero naquele instante.

III. Correta. Na chegada, o fluxo aumenta e a corrente tem um sentido; ela passa por um máximo e cai a zero em $P$ . Na saída, o fluxo diminui e a corrente tem o sentido oposto, com outro máximo. São dois picos de corrente (de sinais contrários).

IV. Incorreta. Pela reta inclinada, o ímã fica torto em relação à espira: no centro, o fluxo é proporcional só à componente do ímã ao longo do eixo da espira (fica multiplicado pelo cosseno da inclinação), e a aproximação “de frente” também é mais lenta (a componente da velocidade ao longo do eixo é menor). O fluxo varia menos e mais devagar, e a corrente máxima é menor, não maior.

⚠️ A armadilha: achar que o campo do ímã “sai” dele em direção à espira, apontando para B. É o polo S que está voltado para a espira, e as linhas de campo entram no polo S: na espira, elas apontam para o ímã, isto é, para A. Quem erra esse sentido julga I correta e marca A (I e III).

A ideia em uma frase: a corrente induzida acompanha a taxa de variação do fluxo: sobe na chegada, é zero no centro (fluxo máximo), troca de sinal na saída, e é menor quando o ímã atravessa inclinado.

Resposta: alternativa B (apenas II e III).

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.

Prefere navegar prova por prova? Abra esta questão no Filatte Resolve.

ITA 2023 — questão 11 de Física

Enunciado em texto

Resolução comentada

Vídeo em breve

Outras questões de Física do ITA 2023