PUC-Campinas 2013 — questão 24 de Física
Enunciado em texto
Uma espira gira no interior de um campo magnético para gerar energia elétrica. Considere uma espira retangular MNPQ imersa em uma região onde existe um campo magnético . Esta espira gira em torno de um eixo Y, no sentido indicado na figura (o lado MN está entrando no plano desta folha e o lado PQ está saindo dele).
[Figura: campo magnético uniforme, com linhas horizontais apontando para a direita. No plano da folha, uma espira retangular com o lado maior na vertical: P no canto superior esquerdo, N no superior direito, M no inferior direito e Q no inferior esquerdo. Um eixo vertical tracejado Y passa pelo meio da espira; uma seta curva no alto indica o sentido de rotação em torno de Y.]
Nestas condições, e para o instante representado na figura, é correto afirmar que
(A) no lado MN da espira, o potencial elétrico do ponto M é menor que o de N.
(B) no lado PQ da espira, a extremidade P fica eletrizada negativamente e o Q, positivamente.
(C) os lados MN e PQ equivalem a duas baterias associadas em paralelo.
(D) a força magnética que atua no lado PQ da espira é perpendicular ao plano da folha e saindo dele.
(E) a corrente elétrica induzida na espira tem o sentido N → M → Q → P.
(Enunciado e figura: Vestibular PUC-Campinas 2013, Prova Geral — PUC-Campinas.)
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à Pontifícia Universidade Católica de Campinas (PUC-Campinas).
Resolução comentada
O que a questão pede: analisar a força eletromotriz induzida na espira que gira, no instante em que o plano da espira está paralelo ao campo.
Passo 1 — os eixos. Tome x para a direita (sentido de ), y para cima (ao longo do eixo Y) e z saindo da folha. O lado MN (vertical, à direita) se move para dentro da folha (); o lado PQ (vertical, à esquerda) se move para fora (). Nos lados horizontais PN e QM, que neste instante são paralelos a , a força magnética sobre as cargas é perpendicular ao fio: eles não contribuem para a fem.
Passo 2 — a força sobre as cargas no lado MN. Cada carga positiva q que se move com o fio sofre a força magnética . Com para dentro () e para a direita ():
As cargas positivas são empurradas para baixo, de N para M. O lado MN funciona como uma bateria que empurra corrente de N para M: M é o polo positivo, de maior potencial. Logo, A é falsa.
Passo 3 — o lado PQ. Agora é para fora ():
As cargas positivas sobem, de Q para P: P fica positivo e Q negativo. Logo, B (que diz o contrário) é falsa.
Passo 4 — o sentido da corrente. No lado MN a corrente desce (N → M); de M ela segue pelo lado de baixo até Q; no lado PQ ela sobe (Q → P); e pelo lado de cima volta a N. O sentido é N → M → Q → P: alternativa E. As duas “baterias” (MN e PQ) empurram a corrente no mesmo sentido ao longo do circuito: estão em série, e não em paralelo (C falsa).
Passo 5 — a força no lado PQ. Com a corrente subindo em PQ () e para a direita, a força é :
A força em PQ aponta para dentro da folha, e não para fora (D falsa). Faz sentido: pela lei de Lenz, ela se opõe ao movimento do lado PQ, que está saindo da folha.
Conferindo: neste instante o fluxo pela espira é zero (o plano da espira contém as linhas de campo), mas é justamente quando ele varia mais depressa: os lados MN e PQ cortam as linhas de campo perpendicularmente, e a fem é máxima.
⚠️ A armadilha: achar que, como o fluxo é zero neste instante, não há corrente. O que importa é a variação do fluxo, e ela é máxima quando o fluxo passa por zero.
A ideia em uma frase: em cada lado que corta as linhas de campo, empurra as cargas; os dois lados atuam como baterias em série, e a corrente circula N → M → Q → P.
Resposta: alternativa E (N → M → Q → P).
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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