ITA 2023 — questão 9 de Física
Enunciado em texto
Em vários ramos da ciência e da engenharia, sistemas de interesse são modelados por circuitos elétricos a eles equivalentes. Na biologia, por exemplo, a membrana de um neurônio é modelada por elementos de circuitos elétricos. Considere apenas as seguintes características:
I. A membrana neuronal é constituída de duas camadas de lipídeos que separam os meios condutores intra e extracelular por uma fina camada isolante.
II. As proteínas que cruzam a membrana de um neurônio atuam como poros, canais iônicos não seletivos.
Com base nessas considerações, o sistema entre o interior e o exterior da membrana pode ser representado pelos seguintes elementos de circuitos elétricos:
[Figura: esquema da membrana. Em cima, a caixa “Exterior da membrana”; embaixo, a caixa “Interior da membrana”. No meio, a bicamada (“camadas de lipídeos”), atravessada de lado a lado por um cilindro, o “canal iônico”.]
A) resistores e fontes de corrente conectados em série.
B) fontes de corrente e capacitores conectados em paralelo.
C) fontes de corrente e capacitores conectados em série.
D) resistores e capacitores conectados em série.
E) resistores e capacitores conectados em paralelo.
(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: que elementos de circuito, e ligados como, representam a membrana entre o lado de dentro e o de fora da célula.
Passo 1 — a bicamada lipídica. Dois meios condutores (os líquidos de dentro e de fora da célula) separados por uma camada isolante fina: é exatamente a estrutura de um capacitor (duas “placas” condutoras com um dielétrico no meio).
Passo 2 — os canais iônicos. As proteínas formam poros por onde os íons passam, de um lado para o outro, com alguma dificuldade: é um caminho condutor com resistência, um resistor. Como os canais não são seletivos, não há uma força eletromotriz própria (fonte) associada a eles.
Passo 3 — a ligação. A bicamada e os canais ficam lado a lado, e cada um liga o interior ao exterior. Os dois elementos estão entre os mesmos dois pontos (dentro e fora): ligação em paralelo.
Por que não as outras: as alternativas com fontes de corrente (A, B, C) colocam um elemento que nenhuma das duas características descreve. A D liga resistor e capacitor em série, o que obrigaria a corrente a passar pelo canal e depois pela bicamada; na membrana, os íons atravessam pelo canal ou a carga se acumula na bicamada, caminhos lado a lado.
⚠️ A armadilha: ver a figura com o canal “dentro” da bicamada e concluir que estão em série (alternativa D). O que importa é entre quais pontos cada elemento está ligado: os dois conectam o mesmo par de meios.
A ideia em uma frase: camada isolante entre condutores é capacitor, poro que deixa íons passar é resistor, e os dois ligam interior e exterior lado a lado: um RC em paralelo.
Resposta: alternativa E (resistores e capacitores em paralelo).
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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